DE102015215482A1

DE102015215482A1 - Cooling oil ring

Info

Publication number: DE102015215482A1
Application number: DE102015215482.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Laqua
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2016-02-18
Also published as: WO2016023986A1; EP3180505A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine, gebildet aus einem Unterteil (2) und einem Oberteil (3), aufweisend einen Kolbenboden (17), der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, und einen Kühlkanal (9), in dem ein Trennelement mit mindestens einer Öffnung (16) positioniert ist, wobei unterhalb der mindestens einen Öffnung (16) mindestens ein Druckraum (12) vorgesehen ist, der mit Öl unter Druck befüllt ist, wobei die Öffnung (16) so ausgerichtet ist, dass das Öl kontinuierlich in den Kühlkanal (9) spritzt, wobei das Trennelement als Kühlölring (20, 50, 80) ausgeführt ist, wobei der Kühlölring (20, 50, 80) eine Höhe (H1) aufweist, die mindestens die Hälfte der Gesamthöhe (H2) des Kühlkanals (9) beträgt.The invention relates to a piston (1) of an internal combustion engine, formed from a lower part (2) and an upper part (3), comprising a piston head (17), which is exposed to at least one combustion jet, and a cooling channel (9), in which a separating element is positioned with at least one opening (16), wherein below the at least one opening (16) at least one pressure chamber (12) is provided, which is filled with oil under pressure, wherein the opening (16) is aligned so that the oil is continuous into the cooling channel (9), wherein the separating element is designed as a cooling oil ring (20, 50, 80), wherein the cooling oil ring (20, 50, 80) has a height (H1) which is at least half of the total height (H2) of Cooling channel (9) is.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a piston of an internal combustion engine according to the features of the preamble of the independent claim.

Bei dem Betrieb von einem Kolben in einer Brennkraftmaschine entstehen hohe Temperaturen auf der Oberseite des Kolbenbodens wie auch am Kolben selbst durch die Kraftstoffverbrennung. Nachteilig ist, dass der Betrieb unter hohen Temperaturen die Betriebssicherheit des Kolbens einschränkt, da unter anderem der Kolben sich im Zylinder bei hohen Temperaturen ausdehnt und folglich andere Reibverhältnisse am Kolben im Betrieb vorliegen. Auch führt eine hohe Temperaturbelastung an der Oberseite des Kolbenbodens zu einer Materialermüdung des Kolbens und langfristig aufgrund der Überhitzung zu Materialversagen des Kolbens.In the operation of a piston in an internal combustion engine, high temperatures are generated on the upper side of the piston crown as well as on the piston itself due to fuel combustion. The disadvantage is that the operation under high temperatures limits the reliability of the piston, as among other things, the piston expands in the cylinder at high temperatures and consequently there are other friction conditions on the piston during operation. Also, a high temperature load on the top of the piston crown leads to material fatigue of the piston and long term due to overheating material failure of the piston.

Basis für die vorliegende Erfindung ist ein gekühlter Kolben und das Verfahren zum Kühlen eines Kolbens gemäß der DE 10 2010 032 173 A1 .Basis for the present invention is a cooled piston and the method for cooling a piston according to the DE 10 2010 032 173 A1 ,

Bekannt ist aus der DE 10 2010 032 173 A1 ein Kolben einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Kolbenboden, der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, und einen Kühlkanal, in den ein Trennelement mit zumindest einer Öffnung positioniert ist, wodurch ein Druckraum zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals und des Trennelementes entsteht, der mit Öl unter Druck befüllt ist, wobei die Öffnung so ausgerichtet ist, dass das Öl kontinuierlich gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens spritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist.Is known from the DE 10 2010 032 173 A1 a piston of an internal combustion engine, comprising a piston head, which is exposed to at least one combustion jet, and a cooling channel, in which a separating element is positioned with at least one opening, whereby a pressure space between a part of the wall of the cooling channel and the separating element is formed, which is under oil Pressure is filled, wherein the opening is oriented so that the oil continuously injected selectively onto the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the combustion jet.

Weiterhin ist in der DE 10 2010 032 173 A1 ein Verfahren zum Kühlen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Kolbenboden, der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, durch aufgespritztes Öl gekühlt wird, wobei das Öl aus einem Druckraum durch zumindest eine Öffnung eines Trennelementes, das in einem Kühlkanal des Kolbens positioniert ist und dadurch in dem Kühlkanal den mit Öl befüllbaren Druckraum zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals und des Trennelementes bildet, gezielt auf mindestens einen Bereich der Unterseite des Kolbenbodens durch erzeugten Druck in dem mit Öl befüllten Druckraum gespritzt wird, wobei das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist.Furthermore, in the DE 10 2010 032 173 A1 a method for cooling a piston of an internal combustion engine is known in which a piston head, which is exposed to at least one jet, is cooled by sprayed oil, the oil from a pressure chamber through at least one opening of a separating element which is positioned in a cooling channel of the piston and characterized in the cooling channel forms the oil-filled pressure space between a part of the wall of the cooling channel and the separating element is selectively sprayed onto at least a portion of the underside of the piston crown by pressure generated in the oil-filled pressure chamber, the oil targeted to the area of Bottom of the piston crown is continuously injected, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the combustion jet.

Gemäß 1 dieses Standes der Technik ist es bekannt, dass ein Oberteil und ein Unterteil eines Kolbens einen Kühlkanal, der ringförmig gestaltet ist, aufweisen. In diesem Kühlkanal ist ein Trennelement eingesetzt, wobei unterhalb des Trennelementes ein Druckraum für Kühlöl vorgesehen ist. Das Kühlöl verlässt diesen Druckraum über eine Öffnung des Trennelementes als freier Ölstrahl und spritzt an die Unterseite des Oberteiles des Kolbens, um diesen Bereich zu kühlen.According to 1 In this prior art, it is known that an upper part and a lower part of a piston have a cooling channel which is annular. In this cooling channel, a separating element is used, wherein a pressure space for cooling oil is provided below the separating element. The cooling oil leaves this pressure chamber via an opening of the separating element as a free jet of oil and injected to the underside of the upper part of the piston to cool this area.

Dieser Aufbau hat sich zwar hinsichtlich der Kühlwirkung bewährt, jedoch ist diese noch weiter zu verbessern.Although this structure has proven itself with regard to the cooling effect, this is still to be improved.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kolben der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem die Temperatur des Kolbens im Betrieb weiter reduziert werden kann.The object of the invention is therefore to provide a piston of the type described above, with which the temperature of the piston during operation can be further reduced.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Kolben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen wird, gebildet aus einem Unterteil und einem Oberteil, aufweisend einen Kolbenboden, der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, und einen Kühlkanal, in dem ein Trennelement mit mindestens einer Öffnung positioniert ist, wobei unterhalb der mindestens einen Öffnung mindestens ein Druckraum vorgesehen ist, der mit Öl unter Druck befüllt ist, wobei die Öffnung so ausgerichtet ist, dass das Öl kontinuierlich in den Kühlkanal spritzt, wobei das Trennelement als Kühlölring ausgeführt ist, wobei der Kühlölring eine Höhe aufweist, die mindestens die Hälfte der Gesamthöhe des Kühlkanals beträgt. Der Abstand, der durch das obere Ende des Kühlölrings und in etwa den Scheitelpunkt des Kühlkanales definiert ist, wird möglichst klein gehalten. Es kann sogar daran gedacht werden, dass die eine, insbesondere die innenliegende Kante des Kühlölrings bis in die Nähe der oberen Wandung des Kühlkanales herangezogen wird und gegebenenfalls sogar an dieser punktuell anliegt. Sofern der Kühlölring eine Höhe aufweist, die mindestens die Hälfte der Gesamthöhe des Kühlkanals beträgt, tritt der gewünschte Effekt ein und zwar dass die Kühlung des Kolbens deutlich verbessert wird. Wenn der Abstand zwischen der Öffnung zur Abgabe des Kühlöls und der zu kühlenden Fläche verkleinert wird, verstärkt sich dieser Effekt. Weiterhin kann der Kühlölring eine Höhe aufweisen, die zwei Drittel der Gesamthöhe des Kühlkanals beträgt, hierdurch wird die Kühlleistung weiter verbessert. Auch kann der Kühlölring eine Höhe aufweisen, die 9/10 der Gesamthöhe des Kühlkanals beträgt, hierdurch wird die Kühlleistung noch weiter verbessert. Je kürzer die für das Kühlöl zurückzulegende Wegstrecke zwischen dem Verlassen der Öffnung und dem Auftreffen auf eine zu kühlende Fläche ist, desto mehr verbessert sich die Kühlleistung.The object is achieved according to the invention in that a piston of an internal combustion engine is proposed, formed from a lower part and an upper part, comprising a piston head, which is exposed to at least one combustion jet, and a cooling channel, in which a separating element is positioned with at least one opening wherein at least one pressure space is provided below the at least one opening, which is filled with oil under pressure, wherein the opening is oriented so that the oil is injected continuously into the cooling channel, wherein the separating element is designed as a cooling oil ring, wherein the cooling oil ring has a height which is at least half the total height of the cooling channel. The distance which is defined by the upper end of the cooling oil ring and approximately the vertex of the cooling channel is kept as small as possible. It can even be thought that the one, in particular the inner edge of the cooling oil ring is used up in the vicinity of the upper wall of the cooling channel and possibly even abuts this point. If the cooling oil ring has a height which is at least half of the total height of the cooling channel, the desired effect occurs and that the cooling of the piston is significantly improved. If the distance between the opening for discharging the cooling oil and the surface to be cooled is reduced, this effect is intensified. Furthermore, the cooling oil ring may have a height which is two-thirds of the total height of the cooling channel, thereby further improving the cooling performance. Also, the cooling oil ring may have a height that is 9/10 of the total height of the cooling channel, thereby further improving the cooling performance. The shorter the distance traveled by the cooling oil between leaving the opening and hitting a surface to be cooled, the more the cooling performance improves.

Es muss jedoch gewährleistet sein, dass das Kühlöl aus der Öffnung austreten kann, um zu der zu kühlenden Fläche zu gelangen. Sofern die Höhe des Kühlölrings gleich der Gesamthöhe des Kühlkanals ist, werden Öffnungen zum Austritt des Kühlöls am Umfang des Kühlölrings vorgesehen. Der Wärmetausch zwischen zu kühlender Fläche, beispielsweise der Unterseite des Kolbenbodens und/oder der Unterseite der Brennraummulde, wird verbessert, je größer der Temperaturunterschied zwischen beiden ist. Würde das Kühlöl mit der gegenüber der zu kühlenden Fläche niedrigeren Temperatur vorzeitig aus dem Kühlölring austreten, würde es bei seinem Weg zu der zu kühlenden Fläche bereits Wärme aufnehmen, seine Wärmeaufnahmekapazität sinkt. Daher wird in vorteilhafterweise die Wegstrecke für das Kühlöl möglichst gering gehalten, indem der Kühlölring eine Höhe aufweist, die mindestens die Hälfte der Gesamthöhe des Kühlkanals beträgt.However, it must be ensured that the cooling oil can escape from the opening in order to get to the surface to be cooled. If the height of the cooling oil ring is equal to the total height of the cooling channel, openings for the exit of the cooling oil provided on the circumference of the cooling oil ring. The heat exchange between the surface to be cooled, for example the underside of the piston crown and / or the underside of the combustion bowl, is improved, the greater the temperature difference between the two. If the cooling oil prematurely emerge from the cooling oil ring with the lower temperature compared to the surface to be cooled, it would already absorb heat on its way to the surface to be cooled, and its heat absorption capacity would decrease. Therefore, the distance for the cooling oil is advantageously kept as low as possible by the cooling oil ring has a height which is at least half the total height of the cooling channel.

Durch die Trennung des Kühlkanals in eine äußere Kühlkammer und eine innere Kühlkammer auf mindestens der halben Gesamthöhe des Kühlkanals entstehen zwei in Verbindung stehende Kühlöl führende Bereiche. Durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird das Öl jeweils gegen die Wandungen dieser Bereiche gefördert. Für jedes dieses Ölteilvolumens findet ein Wärmetausch statt, bei dem Wärme aus dem Verbrennungsprozess auf das Kühlöl übertragen wird. Durch die Teilung des Ölvolumens in mindestens zwei Teilvolumen, eines in der äußeren Kühlkammer und eines in der inneren Kühlkammer, erfolgt ein schnellerer Wärmeübergang auf das Kühlöl, da mehr Wärme pro Zeiteinheit abgeführt werden kann. Die Wärmeübertragung aus dem Verbrennungsprozess auf das Kühlmedium wird somit deutlich verbessert.By separating the cooling channel into an outer cooling chamber and an inner cooling chamber to at least half the total height of the cooling channel, two associated cooling oil leading areas arise. By the up and down movement of the piston during operation of the internal combustion engine, the oil is in each case conveyed against the walls of these areas. For each of these oil part volume, a heat exchange takes place in which heat from the combustion process is transferred to the cooling oil. By dividing the oil volume into at least two partial volumes, one in the outer cooling chamber and one in the inner cooling chamber, there is a faster heat transfer to the cooling oil, since more heat per unit time can be dissipated. The heat transfer from the combustion process to the cooling medium is thus significantly improved.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring mindestens eine Transferbohrung und/oder mindestens ein Übergangsfenster aufweist. Durch Transferbohrungen und/oder Übergangsfenster kann ein Austausch von Kühlöl zwischen der äußeren Kühlkammer und der inneren Kühlkammer stattfinden. Hierdurch findet auch ein Temperaturausgleich zwischen dem Kühlöl in der äußeren Kühlkammer und dem Kühlöl in der inneren Kühlkammer statt. Das die geringere Temperatur aufweisende Kühlöl kann Wärme von dem die höhere Temperatur aufweisende Kühlöl bis zu einem Temperaturausgleich aufnehmen. Die so entstehende Mischung aus Kühlöl unterschiedlicher Bereiche kann wiederum Wärme aus dem Verbrennungsprozess aufnehmen und abführen.Furthermore, the invention provides that the cooling oil ring has at least one transfer hole and / or at least one transition window. Through transfer holes and / or transition windows, an exchange of cooling oil between the outer cooling chamber and the inner cooling chamber can take place. As a result, there is also a temperature compensation between the cooling oil in the outer cooling chamber and the cooling oil in the inner cooling chamber. The lower temperature cooling oil can absorb heat from the higher temperature cooling oil to a temperature balance. The resulting mixture of cooling oil of different areas can in turn absorb and dissipate heat from the combustion process.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring stoff-, kraft- und/oder formschlüssig an der Begrenzung des Kühlkanals festgelegt ist. Hierdurch findet eine Fixierung innerhalb des Kühlkanals statt. Der Kühlölring vollzieht somit sicher fixiert die Bewegung des Kolbens während des Betriebs der Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention provides that the cooling oil ring material, force and / or positively fixed to the boundary of the cooling channel. As a result, a fixation takes place within the cooling channel. The cooling oil ring thus securely fixes the movement of the piston during operation of the internal combustion engine.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring zwischen Oberteil und/oder Ringelement und/oder Unterteil fixiert ist. Hierdurch kann der Kühlölring während des Betriebs der Brennkraftmaschine seine Position innerhalb des Kolbens nicht verändern. Auch kann auf eine Fixierung des Kühlölrings vor dem Zusammenfügen von Unterteil und Oberteil verzichtet werden. Zwischen Unter- und Oberteil ist lediglich eine stoff- kraft- und/oder formschlüssige Verbindung auszubilden. Es wird ein Arbeitsschritt zur Fixierung des Kühlölrings eingespart. Hierdurch werden die Produktionskosten gesenkt. Der Kolben kann kostengünstiger hergestellt werden. Sofern Unter- und Oberteil stoffschlüssig gefügt werden, entsteht eine unlösbare Verbindung, welche den Kühlölring ebenfalls lagerichtig fixiert. Im gleichen Schritt kann auch das Ringelement lagerichtig zwischen Kühlölring, Unterteil und/oder Oberteil fixiert werden. Bei der Verwendung eines Ringelements kann die Fixierung von Ringelement und Kühlölring klemmend erfolgen.Furthermore, the invention provides that the cooling oil ring between the upper part and / or ring element and / or lower part is fixed. As a result, the cooling oil ring can not change its position within the piston during operation of the internal combustion engine. Also can be dispensed with a fixation of the cooling oil ring before joining the lower part and upper part. Between the lower and upper part is only a kraftkraft- and / or positive connection form. It saves a step to fix the cooling oil ring. This reduces production costs. The piston can be produced more cheaply. If the lower and upper parts are joined cohesively, a non-detachable connection is formed, which likewise fixes the cooling oil ring in the correct position. In the same step, the ring element can be fixed in the correct position between the cooling oil ring, lower part and / or upper part. When using a ring element, the fixation of ring element and cooling oil ring can be done by clamping.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring mindestens einen Ölkanal aufweist, welcher den mindestens einen Druckraum mit der mindestens einen Öffnung verbindet, wobei der mindestens eine Ölkanal mindestens eine Verjüngung aufweist. Durch die Öffnung tritt das Kühlöl in den Kühlkanal bzw. in die äußere oder innere Kühlkammer. Hierdurch wird das Kühlöl nahe an die der Brennraummulde gegenüberliegenden Wandung und/oder an die Unterseite des Kolbenbodens herangeführt. Dort findet dann der Wärmeübergang der in dem Verbrennungsprozess entstehenden Wärme auf das Kühlöl statt. Das gegenüber der Wandung deutlich kühlere Öl wird nahezu, ohne bei der Förderung Wärme aufzunehmen, direkt bis an die Wärmetauschflächen herangeführt. Hierdurch besteht die größtmögliche Temperaturdifferenz zwischen zugeführten Kühlöl und den Wärmetauschflächen. Somit kann eine größtmögliche Wärmemenge aus dem Verbrennungsprozess abgeführt werden. Durch die Verjüngung im Ölkanal entsteht ein Düseneffekt, der wiederum eine größere Austrittsweite des Kühlöls aus dem Kühlkanal bewirkt. Das Kühlöl kann somit die Unterseite des Kolbenbodens und/oder die Unterseite der Brennraummulde sicher erreichen. Weiterhin kann das Kühlöl in optionale Kühltaschen im Oberteil vordringen. In allen Bereichen wird die größtmögliche Menge Kühlöl für einen optimierten Wärmetausch zur Verfügung gestellt. Die Kühlung des Kolbens wird deutlich verbessert.Furthermore, the invention provides that the cooling oil ring has at least one oil passage which connects the at least one pressure chamber with the at least one opening, wherein the at least one oil passage has at least one taper. Through the opening, the cooling oil enters the cooling channel or in the outer or inner cooling chamber. As a result, the cooling oil is brought close to the combustion chamber trough opposite wall and / or to the underside of the piston crown. There then takes place the heat transfer of the heat generated in the combustion process to the cooling oil. The oil, which is much cooler than the wall, is almost brought up directly to the heat exchange surfaces, without absorbing heat during transport. As a result, there is the greatest possible temperature difference between the supplied cooling oil and the heat exchange surfaces. Thus, a maximum amount of heat from the combustion process can be dissipated. By the taper in the oil passage creates a nozzle effect, which in turn causes a larger exit width of the cooling oil from the cooling channel. The cooling oil can thus safely reach the underside of the piston crown and / or the underside of the combustion bowl. Furthermore, the cooling oil can penetrate into optional cooling pockets in the upper part. In all areas, the largest possible amount of cooling oil is provided for optimized heat exchange. The cooling of the piston is significantly improved.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in den Kühlkanal mindestens eine Kühltasche mündet. Hierdurch kann das Kühlöl für den Wärmetausch noch näher an die zu kühlenden Bereiche des Kolbens gelangen. Die mindestens eine Kühltasche ist im Oberteil benachbart zum Ringfeld und zur Brennraummulde ausgebildet. Durch die mindestens eine Kühltasche kann Kühlöl nah an den zu kühlenden Kolbenboden gelangen. Die Kühlleistung des Kolbens wird durch die mindestens eine Kühltasche verbessert.Furthermore, the invention provides that at least one cooling pocket opens into the cooling channel. As a result, the cooling oil for the heat exchange can get even closer to the areas of the piston to be cooled. The at least one cooling bag is formed in the upper part adjacent to the ring field and the combustion chamber trough. By the At least one cooling bag, cooling oil can get close to the piston bottom to be cooled. The cooling performance of the piston is improved by the at least one cooling pocket.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass Öl gezielt in Richtung der mindestens einen Kühltasche durch in dem mit Öl befüllten Druckraum erzeugten Druck gespritzt wird. Durch das derart in die mindestens eine Kühltasche gelangte Öl wird der Bereich rund um die Brennraummulde und unterhalb des Kolbenbodens gekühlt.Furthermore, it is advantageously provided that oil is injected selectively in the direction of the at least one cooling bag by pressure generated in the pressure chamber filled with oil. The oil which has thus reached the at least one cooling pocket cools the area around the combustion bowl and below the piston crown.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass unterhalb des Kühlölrings ein Ringelement vorgesehen ist, welches zur Speisung mindestens eines Druckraums mit Öl dient. Dieses Ringelement kann zwischen Kühlölring, Unterteil und/oder Oberteil angeordnet sein. Durch die Öleintrittsöffnungen gelangt Kühlöl in den im Kühlölring ausgebildeten mindestens einen Druckraum. Der Druckraum enthält Kühlöl unter erhöhtem Druck welcher zur Förderung des Kühlöls durch den Ölkanal zu der Öffnung benötigt wird. Durch den Druck muss zusätzlich zur Überwindung der Höhendifferenz der durch die Verjüngung entstehende Staudruck überwunden werden. Durch die Verwendung eines Ringelements wird der innere geometrische Aufbau von Unterteil und Oberteil deutlich vereinfacht. Sofern Unter- und/oder Oberteil im Gießverfahren hergestellt werden, sind keine verlorenen Kerne zur Gestaltung der Innenform erforderlich. Die Fertigung von Unter- und/oder Oberteil wird deutlich vereinfacht und damit kostengünstiger.Furthermore, the invention provides that below the cooling oil ring, a ring element is provided, which serves to feed at least one pressure chamber with oil. This ring element can be arranged between the cooling oil ring, lower part and / or upper part. Cooling oil passes through the oil inlet openings into the at least one pressure chamber formed in the cooling oil ring. The pressure chamber contains cooling oil under elevated pressure which is required for conveying the cooling oil through the oil channel to the opening. The pressure must be overcome in addition to overcoming the height difference caused by the rejuvenation dynamic pressure. By using a ring element, the inner geometric structure of the lower part and upper part is significantly simplified. If lower and / or upper part are produced by casting, no lost cores are required for the design of the inner mold. The production of lower and / or upper part is significantly simplified and thus more cost-effective.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine innere Kühlkammer integral in dem Kühlölring ausgebildet ist. Durch die integrale Ausbildung der inneren Kühlkammer mit dem Kühlölring wird ein einfacher geometrischer Aufbau von Unterteil- und/oder Oberteil ermöglicht. Sofern Unter- und/oder Oberteil im Gießverfahren hergestellt, werden kann auf die Verwendung von verlorenen Kernen verzichtet werden. Unter- und/oder Oberteil können kostengünstiger hergestellt werden. Bei der Verwendung eines Kühlölrings mit integrierter innerer Kühlkammer und einem Speisungselement besteht der Kolben aus mindestens vier einfach zu fügenden Teilen. Nach dem Fügen der mindestens vier Teile (Unterteil, Oberteil, Speisungselement und Kühlölring mit integrierter innerer Kühlkammer) entsteht eine komplexe Innenform des Kolbens. Alle vier Komponenten können einzeln oder zusammen variiert werden, um sie den jeweiligen Anforderungen während des Betriebs einer Brennkraftmaschine anzupassen. Unter- und/oder Oberteil können beispielsweise als Gleichteile ausgeführt werden. Diese Gleichteile können mit unterschiedlichen Kühlölringen und unterschiedlichen Speisungselementen zu einem Kolben zusammengefügt werden. Durch die Verwendung von Gleichteilen werden Produktionskosten eingespart. Mit einer geringeren Anzahl Teile kann eine große Anzahl verschiedener Kolben, abgestimmt auf die Anforderungen in der jeweiligen Brennkraftmaschine, hergestellt werden. Trotz Gleichteilen kann eine größere Variantenvielfallt, abgestimmt auf die Bedürfnisse, der Kunden hergestellt werden.Furthermore, the invention provides that an inner cooling chamber is integrally formed in the cooling oil ring. Due to the integral design of the inner cooling chamber with the cooling oil ring a simple geometric structure of lower part and / or upper part is made possible. If lower and / or upper part produced by casting, can be dispensed with the use of lost cores. Lower and / or upper part can be produced more cheaply. When using a cooling oil ring with integrated internal cooling chamber and a feeding element, the piston consists of at least four easy-to-join parts. After joining the at least four parts (lower part, upper part, feed element and cooling oil ring with integrated inner cooling chamber) creates a complex inner shape of the piston. All four components may be varied individually or together to suit the particular requirements during operation of an internal combustion engine. Lower and / or upper part can be performed, for example, as a common part. These identical parts can be combined with different cooling oil rings and different feed elements to form a piston. The use of identical parts saves production costs. With a smaller number of parts, a large number of different pistons, tailored to the requirements of the respective internal combustion engine, can be produced. Despite identical parts, a larger variety can be produced tailored to the needs of the customer.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Bereich der inneren Kühlkammer an dem Kühlölring ein Ölabfluss ausgebildet ist. Durch die integrale Ausbildung der inneren Kühlkammer mit dem Kühlölring wird ein einfacher geometrischer Aufbau von Unterteil- und/oder Oberteil ermöglicht. Sofern Unter- und/oder Oberteil im Gießverfahren hergestellt, werden kann auf die Verwendung von verlorenen Kernen verzichtet werden. Unter- und/oder Oberteil können kostengünstiger hergestellt werden. Bei der Verwendung eines Kühlölrings mit integrierter innerer Kühlkammer und einem Speisungselement besteht der Kolben aus mindestens vier einfach zu fügenden Teilen. Nach dem Fügen der mindestens vier Teile (Unterteil, Oberteil, Speisungselement und Kühlölring mit integrierter innerer Kühlkammer) entsteht eine komplexe Innenform des Kolbens. Alle vier Komponenten können einzeln oder zusammen variiert werden, um sie den jeweiligen Anforderungen während des Betriebs einer Brennkraftmaschine anzupassen. Unter- und/oder Oberteil können beispielsweise als Gleichteile ausgeführt werden. Diese Gleichteile können mit unterschiedlichen Kühlölringen und unterschiedlichen Speisungselementen zu einem Kolben zusammengefügt werden. Durch die Verwendung von Gleichteilen werden Produktionskosten eingespart. Mit einer geringeren Anzahl Teile kann eine große Anzahl verschiedener Kolben, abgestimmt auf die Anforderungen in der jeweiligen Brennkraftmaschine, hergestellt werden. Trotz Gleichteilen kann eine größere Variantenvielfallt, abgestimmt auf die Bedürfnisse, der Kunden hergestellt werden.Furthermore, the invention provides that an oil drain is formed in the region of the inner cooling chamber on the cooling oil ring. Due to the integral design of the inner cooling chamber with the cooling oil ring a simple geometric structure of lower part and / or upper part is made possible. If lower and / or upper part produced by casting, can be dispensed with the use of lost cores. Lower and / or upper part can be produced more cheaply. When using a cooling oil ring with integrated internal cooling chamber and a feeding element, the piston consists of at least four easy-to-join parts. After joining the at least four parts (lower part, upper part, feed element and cooling oil ring with integrated inner cooling chamber) creates a complex inner shape of the piston. All four components may be varied individually or together to suit the particular requirements during operation of an internal combustion engine. Lower and / or upper part can be performed, for example, as a common part. These identical parts can be combined with different cooling oil rings and different feed elements to form a piston. The use of identical parts saves production costs. With a smaller number of parts, a large number of different pistons, tailored to the requirements of the respective internal combustion engine, can be produced. Despite identical parts, a larger variety can be produced tailored to the needs of the customer.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring eine Abstützung aufweist, welche mit dem Oberteil in Wirkverbindung tritt. Hierdurch wird die Stabilität des Kolbens deutlich erhöht. Die in das Oberteil während des Verbrennungsprozesses eingeleiteten Kräfte können über den Kühlölring mit Abstützung auf das Unterteil übertragen werden. Die Deformation des Oberteils wird somit während des Betriebs der Brennkraftmaschine verringert. Die Formstabilität des Kolbens wird erhöht. Der derart aufgebaute Kolben kann bei höheren Verbrennungsdrücken eingesetzt werden.Furthermore, the invention provides that the cooling oil ring has a support which occurs in operative connection with the upper part. As a result, the stability of the piston is significantly increased. The forces introduced into the upper part during the combustion process can be transmitted via the cooling oil ring with support to the lower part. The deformation of the upper part is thus reduced during operation of the internal combustion engine. The dimensional stability of the piston is increased. The thus constructed piston can be used at higher combustion pressures.

Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kühlölring stoff- oder kraftschlüssig am Unterteil festgelegt ist. Hierdurch kann der Kühlölring bereits bei der Fertigung des Unterteils in seiner Position fixiert werden. Unterteil und Kühlölring können als eine Komponente zur Montage bereitgestellt werden.Furthermore, it is provided that the cooling oil ring is fixed material or non-positively on the lower part. As a result, the cooling oil ring can already be fixed in position during the production of the lower part. Base and cooling oil ring may be provided as a component for assembly.

In einer weiteren Alternative ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlölring stoff-, kraft- und/oder formschlüssig zwischen Unterteil und Oberteil festgelegt ist. Hierdurch kann der Kühlölring zur Stabilität des Kolbens beitragen. Über den Kühlölring kann sich das Oberteil beispielsweise auf dem Unterteil des Kolbens abstützen. Es wird einer Deformation des Oberteils während des Betriebs der Brennkraftmaschine entgegengewirkt. In a further alternative, the invention provides that the cooling oil ring material, force and / or positively fixed between the lower part and upper part. As a result, the cooling oil ring contribute to the stability of the piston. About the cooling oil ring, the upper part can be supported for example on the lower part of the piston. It is counteracted deformation of the upper part during operation of the internal combustion engine.

Weiterhin ist vorgesehen, dass Unterteil und Oberteil unlösbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die stoffschlüssige Verbindung bevorzugt als Schweiß- oder Lötverbindung ausgeführt ist. Hierdurch erfolgt eine sichere Verbindung zwischen Unter- und Oberteil des Kolbens. Nach dem Fügeprozess ist der so entstandene Kolben einem einteilig hergestellten Kolben nahezu ebenbürtig.Furthermore, it is provided that the lower part and the upper part are non-releasably connected to one another in a material-locking manner, wherein the cohesive connection is preferably designed as a welded or soldered connection. This results in a secure connection between the lower and upper part of the piston. After the joining process, the resulting piston is almost equal to a one-piece piston.

Weiterhin ist vorgesehen, dass Unterteil und Oberteil lösbar kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die kraftschlüssige Verbindung bevorzugt als Schraubverbindung ausgeführt ist. Auch ein kraft- und/oder formschlüssig aus Unter- und Oberteil gefügter Kolben ist der zuvor beschriebenen Modulbauweise zugänglich. Insbesondere ein kraftschlüssig gefügter Kolben kann beispielsweise nach einem Versuchsbetrieb in einer Brennkraftmaschine geöffnet werden und mit einem geänderten Innenleben ausgestattet werden.Furthermore, it is provided that lower part and upper part are detachably non-positively and / or positively connected with each other, wherein the non-positive connection is preferably designed as a screw connection. A non-positively and / or positively joined from lower and upper part piston is the modular construction described above accessible. In particular, a frictionally joined piston can be opened, for example, after a trial operation in an internal combustion engine and equipped with a modified inner life.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Kühlen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine vorgesehen, gebildet aus einem Unterteil und einem Oberteil, bei dem ein Kolbenboden, der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, durch aufgespritztes Öl gekühlt wird, wobei das Öl aus einem Druckraum durch zumindest eine Öffnung eines Trennelementes, das in einem Kühlkanal des Kolbens positioniert ist, gezielt in den Kühlkanal durch erzeugten Druck in dem mit Öl befüllten Druckraum gespritzt wird. Durch dieses Verfahren wird der Transport des Kühlöls zu den Wärmetauschflächen mit dem größten Wärmetauschpotenzials innerhalb des Kolbens gewährleistet. Das Kühlöl wird bis zu der dem Kolbenboden gegenüberliegenden Wand und/oder der einer Brennraummulde gegenüberliegenden Wand gefördert, dort findet dann der Wärmetausch zwischen Wärmetauschfläche und Kühlöl statt. Das Verfahren ermöglicht es, eine größtmögliche Wärmemenge aus dem Verbrennungsprozess abzuführen. Gegenüber dem Stand der Technik wird die Kühlung des Kolbens folglich deutlich verbessert. Der Abstand, der durch das obere Ende des Kühlölrings und in etwa den Scheitelpunkt des Kühlkanales definiert ist, wird möglichst klein gehalten. Es kann sogar daran gedacht werden, dass die eine, insbesondere die innenliegende Kante des Kühlölrings, bis an die obere Wandung des Kühlkanales herangezogen wird und an dieser punktuell anliegt.Furthermore, a method for cooling a piston of an internal combustion engine is provided, formed from a lower part and an upper part, in which a piston head, which is exposed to at least one jet, is cooled by sprayed oil, the oil from a pressure chamber through at least one opening of a separating element , which is positioned in a cooling passage of the piston, is selectively injected into the cooling passage by generated pressure in the oil-filled pressure space. By this method, the transport of the cooling oil is ensured to the heat exchange surfaces with the greatest heat exchange potential within the piston. The cooling oil is conveyed up to the wall opposite the piston bottom and / or the wall opposite a combustion bowl, where the heat exchange between the heat exchange surface and the cooling oil takes place. The method makes it possible to dissipate a maximum amount of heat from the combustion process. Compared to the prior art, the cooling of the piston is thus significantly improved. The distance which is defined by the upper end of the cooling oil ring and approximately the vertex of the cooling channel is kept as small as possible. It can even be thought that the one, in particular the inner edge of the cooling oil ring is used up to the upper wall of the cooling channel and abuts this point.

Weiterhin ist vorgesehen, dass Öl gezielt auf mindestens einen Bereich der Unterseite des Kolbenbodens durch in dem mit Öl befüllten Druckraum erzeugten Druck gespritzt wird, wobei das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. Der Bereich in dem der Brennstrahl auf den Kolbenboden bzw. die Brennraummulde trifft wird durch die gegenüber dem im Betrieb befindlichen Kolben geringere Temperatur des Brennstrahls gekühlt. Auch der Bereich welcher nicht von mindestens einem Brennstrahl beaufschlagt ist, erhitzt sich stark während des Betriebs. Dieser Bereich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gekühlt.Furthermore, it is provided that oil is sprayed specifically on at least a portion of the underside of the piston crown by pressure generated in the oil-filled pressure chamber, wherein the oil is sprayed specifically targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, the the jet is not directly exposed. The area in which the combustion jet impinges on the piston head or the combustion bowl is cooled by the lower temperature of the combustion jet compared with the piston in operation. Also, the area which is not acted upon by at least one combustion jet heats up strongly during operation. This area is cooled by the method according to the invention.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Öl gezielt in Richtung mindestens einer Kühltasche durch in dem mit Öl befüllten Druckraum erzeugten Druck gespritzt wird und die mindestens eine Kühltasche mit Kühlöl beaufschlagt wird. Durch das derart in die mindestens eine Kühltasche gelangte Öl wird der Bereich rund um die Brennraummulde und unterhalb des Kolbenbodens gekühlt.Furthermore, the invention provides that oil is selectively sprayed in the direction of at least one cooling bag by pressure generated in the oil-filled pressure chamber and the at least one cooling bag is acted upon with cooling oil. The oil which has thus reached the at least one cooling pocket cools the area around the combustion bowl and below the piston crown.

Eine Verbesserung der Kühlwirkung wird dadurch erreicht, dass das Trennelement in Richtung des oberen Scheitelpunktes des ringförmig gestalteten Kühlkanales hochgezogen wird, so dass sich dadurch zwei voneinander getrennte Kammern in dem Kühlkanal einstellen. Das Kühlöl, das die Öffnung des Trennelementes als freier Ölstrahl in Richtung der Unterseite des Kolbenoberteiles verlassen hat, gelangt zum einen in die eine Kammer, die in Richtung des Innenbereiches gelegen ist. Von dort aus wird das Kühlöl über zumindest eine Übertrittsbohrung dem Innenbereich zwecks Austausch zugeführt.An improvement in the cooling effect is achieved in that the separating element is pulled up in the direction of the upper vertex of the annular cooling channel, so that thereby set two separate chambers in the cooling channel. The cooling oil, which has left the opening of the separating element as a free jet of oil in the direction of the underside of the piston upper part, passes firstly into the one chamber, which is located in the direction of the inner region. From there, the cooling oil is supplied via at least one transfer hole to the interior for the purpose of replacement.

Das Kühlöl, das sich in der äußeren Kammer des Kühlkanales, also hinter der Ringfeldwand in etwa, sammelt, wird zum anderen über Transferbohrungen in dem Trennelement in Richtung der inneren Kammer geleitet und kann auch somit über die zumindest eine Übertrittsbohrung zwecks Austausch in den Innenbereich des Kolbens befördert werden. Insgesamt ergibt sich zum einen durch das in Richtung des Scheitelpunktes des Kühlkanales hochgezogene Trennelement und durch den das Trennelement verlassende Kühlölstrahl eine wirksame Aufteilung des ringförmig gestalteten Kühlkanales in zwei Kammern. Die beiden Kammern können in etwa gleich groß sein, aber auch in ihrer Größe, Querschnitt bzw. Volumen voneinander abweichen.The cooling oil, which collects in the outer chamber of the cooling channel, ie behind the ring field wall in about, is passed to the other via transfer holes in the separating element in the direction of the inner chamber and can thus also via the at least one Übertrittsbohrung for the purpose of exchange in the interior of the Piston are transported. Overall, on the one hand by the raised in the direction of the vertex of the cooling channel separating element and by the separator leaving the cooling oil jet results in an effective division of the annular cooling channel formed in two chambers. The two chambers can be approximately the same size, but also differ in size, cross section and volume.

Durch die Kühlung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ergeben sich einige Vorteile.By cooling a piston of an internal combustion engine according to the invention, there are some advantages.

Zum einen wird durch die gezielte Kühlung unter Zuhilfenahme von Öl die Temperatur an der Brennraummulde und an den Ringnuten im Kolben reduziert. Zum anderen wird die Betriebssicherheit des Kolbens durch eine verminderte Arbeitstemperatur verbessert. Dabei wird gemäß der Erfindung die Oberflächentemperatur des Kolbens, insbesondere des Kolbenbodens, gesenkt. Daneben wird durch die Kühlung das Risiko einer Materialermüdung des Kolbens reduziert. Auch wird langfristig das Material vor Versagen, wie zum Beispiel vor Materialrissen, Materialverschleiß und/oder Materialabtrag, geschützt. Zusätzlich entsteht durch die angepasste Anzahl an Öffnungen und den angepassten Durchmesser der Öffnungen in dem Trennelement ausgeführt als Kühlölring eine optimale Kühlung des Kolbens. Durch den angepassten Druck in dem Druckraum wird das Öl aus diesem so optimal herausgespritzt, dass ein Ölkohleaufbau an der Unterseite des Kolbens verhindert wird.On the one hand, the targeted cooling with the aid of oil, the temperature at the Combustion bowl and reduced at the annular grooves in the piston. On the other hand, the reliability of the piston is improved by a reduced operating temperature. In this case, according to the invention, the surface temperature of the piston, in particular the piston crown, lowered. In addition, the cooling reduces the risk of material fatigue of the piston. Also in the long term, the material is protected against failure, such as material cracks, material wear and / or material removal. In addition, due to the adapted number of openings and the adapted diameter of the openings in the separating element designed as a cooling oil ring, optimum cooling of the piston is achieved. Due to the adapted pressure in the pressure chamber, the oil is sprayed out of it so optimally that an oil carbon buildup on the underside of the piston is prevented.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der Kolben mindestens einen unterbrochen Kühlkanal enthält, so dass der Kühlkanal selbst nicht in dem Kolben komplett umlaufend ist. Dabei ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass der Kolben mehrere Kühlkanale enthält, die jeweils unterbrochen sind und mit Abstand voneinander in vorzugsweise einer Ebene umlaufend sind. Die jeweiligen Kühlkanäle sind dabei beispielsweise jeweils mit gleicher Distanz zur Kolbenmittelachse in der Ebene angeordnet. Der Kühlkanal des Kolbens kann auch alternativ in einer weiteren Ausgestaltung komplett als ein Kühlkanal in dem Kolben umlaufend sein.In one embodiment of the invention, it is possible that the piston contains at least one interrupted cooling channel, so that the cooling channel itself is not completely circumferential in the piston. It is possible in a further embodiment of the invention that the piston contains a plurality of cooling channels, which are each interrupted and at a distance from each other in preferably a plane encircling. The respective cooling channels are arranged, for example, each with the same distance to the piston central axis in the plane. Alternatively, in another embodiment, the cooling channel of the piston can also be completely circumferential as a cooling channel in the piston.

Der Kühlölring ist erfindungsgemäß in dem Kühlkanal positioniert und unterteilt den Kühlkanal des Kolbens in zwei Bereiche. Der eine sich bildende Bereich in dem Kühlkanal ist ein äußerer ringförmig umlaufender Kühlraum, welcher von dem Volumen her reduziert ist gegenüber dem Volumen des Kühlkanals. Der andere sich bildende Bereich ist ein innerer Kühlraum welcher von dem Volumen her reduziert ist gegenüber dem Volumen des Kühlkanals. Der innere Kühlraum kann als ringförmig umlaufender Kühlraum innerhalb eines ringförmig umlaufenden Kühlkanals ausgebildet sein. Alternativ kann der innere Kühlraum den Bereich zwischen dem Kühlölring und einer Brennraummulde ausfüllen. Der Kühlölring unterteilt somit einen Kühlkanal in zwei Bereiche oder bildet ein Trennelement zwischen einem ringförmig umlaufenden äußeren Kühlraum und einem zentralen inneren Kühlraum. Unterhalb des Kühlölrings ist ein Druckraum ausgebildet welcher zur Speisung des Kühlkanals bzw. der Kühlräume mit Kühlöl dient.The cooling oil ring is positioned according to the invention in the cooling channel and divides the cooling channel of the piston into two areas. The one forming portion in the cooling passage is an outer annular circulating cooling space which is reduced in volume from the volume of the cooling passage. The other forming area is an inner cooling space which is reduced in volume from the volume of the cooling channel. The inner cooling space may be formed as an annularly circulating cooling space within an annular circumferential cooling channel. Alternatively, the internal cooling space may fill the area between the cooling oil ring and a combustion bowl. The cooling oil ring thus divides a cooling channel into two regions or forms a separating element between an annular peripheral outer cooling space and a central inner cooling space. Below the cooling oil ring, a pressure chamber is formed which serves to supply the cooling channel or the cooling chambers with cooling oil.

Der Kühlölring weist dabei zumindest eine Öffnung auf, aus der das Öl kontinuierlich austritt und aus der das Öl auf die Unterseite des Kolbenbodens gespritzt wird.The cooling oil ring has at least one opening from which the oil emerges continuously and from which the oil is injected onto the underside of the piston crown.

Der Kühlölring ist so gestaltet, dass es der Form des Kühlkanals angepasst ausgeführt ist. Dadurch ist der Kühlölring passend in den Kühlkanal bzw. dem Kolben positionierbar. Es ist möglich, dass der Kühlölring dabei als ein Teil ausgebildet ist. Alternativ kann der Kühlölring auch aus mehreren Einzelteilen bestehen und aus diesen zu einem Kühlölring zusammengesetzt werden. Der Kühlölring kann eine ebene Form, nach Art einer Trennwand, eine gebogene Form, eine schräge Form oder eine beliebige andere geometrisch mögliche Form aufweisen. Die Abmessungen des Kühlölrings sind dabei der Verwendung des Kolbens angepasst. So ist je nach den Abmessungen des Kolbens, und somit auch nach den Abmessungen des Kühlkanals, der Kühlölring passend dimensioniert.The cooling oil ring is designed so that it is adapted to the shape of the cooling channel. As a result, the cooling oil ring is suitably positionable in the cooling channel or the piston. It is possible that the cooling oil ring is formed as a part. Alternatively, the cooling oil ring can also consist of several individual parts and be composed of these into a cooling oil ring. The cooling oil ring may have a planar shape, like a partition wall, a curved shape, an oblique shape or any other geometrically possible shape. The dimensions of the cooling oil ring are adapted to the use of the piston. Thus, depending on the dimensions of the piston, and thus also on the dimensions of the cooling channel, the cooling oil ring is sized appropriately.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlölring aus einem Metall oder einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Stahl, aus einer Stahllegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Des Weiteren ist es möglich, dass der Kühlölring aus einem Kunststoff, aus Keramik, einem Hartstoff oder Verbundmaterialien besteht.In one embodiment of the invention, the cooling oil ring made of a metal or a light metal, preferably made of steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. Furthermore, it is possible that the cooling oil ring made of a plastic, ceramic, a hard material or composite materials.

Der Kühlölring wird beispielsweise durch ein Urformverfahren, beispielsweise Gießen, durch ein Umformverfahren, beispielsweise Schmieden oder Pressen, und/oder durch ein spanendes Fertigungsverfahrens, beispielsweise Drehen, Schleifen oder Fräsen, hergestellt.The cooling oil ring is produced, for example, by a primary molding process, for example casting, by a forming process, for example forging or pressing, and / or by a machining production process, for example turning, grinding or milling.

Der Druckraum in dem Kühlkanal des Kolbens bildet sich dabei zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals und einem Teil der Wand des Kühlölrings aus. Alternativ ist der Druckraum im Unterteil und/oder im Oberteil des Kolbens außerhalb des Kühlkanals bzw. Kühlraums, jedoch mit einer Verbindung zum Kühlkanal bzw. Kühlraum ausgebildet. Der Druckraum ist gemäß der Erfindung mit Öl unter Druck befüllt. Alternativ ist es auch möglich, dass der Druckraum mit einem beliebigen anderen Kühlmedium befüllt ist.The pressure chamber in the cooling channel of the piston is formed between a part of the wall of the cooling channel and a part of the wall of the cooling oil ring. Alternatively, the pressure chamber in the lower part and / or in the upper part of the piston outside of the cooling channel or cooling space, but formed with a connection to the cooling channel or cooling space. The pressure chamber is filled according to the invention with oil under pressure. Alternatively, it is also possible that the pressure chamber is filled with any other cooling medium.

Ein Teil der Oberfläche des Druckraums im Kolben wird unter Verwendung eines Fertigungsverfahrens, beispielsweise eines spanenden Fertigungsverfahrens, zur Erzeugung einer guten Oberflächenqualität bearbeitet. Die gute Oberflächenqualität ermöglicht die passende Einbringung des Kühlölrings in den unter Zuhilfenahme eines Fertigungsverfahrens wie Schleifen und/oder Fräsen bearbeiteten Kühlkanal. Dabei wird der Teil der Oberfläche des Druckraums beispielsweise von der Seite her bearbeitet, das heißt, dass Werkzeug bearbeitet, beispielsweise bei einem zweiteiligen Kolben, passend die Druckraumwand an den Berührungsflächen von Kühlölrings und von Druckraumwand wie aber auch die weitere Oberfläche des Druckraums jeweils von der Seite her.A portion of the surface of the pressure space in the piston is machined using a manufacturing process such as a machining process to produce good surface quality. The good surface quality enables the appropriate introduction of the cooling oil ring in the processed using a manufacturing process such as grinding and / or milling cooling channel. In this case, the part of the surface of the pressure chamber is processed, for example, from the side, that is, tool edited, for example, in a two-piece piston, matching the pressure chamber wall at the contact surfaces of cooling oil ring and pressure chamber wall as well as the other surface of the pressure chamber respectively from the Side.

Durch die passende Einbringung des Kühlölrings in den Kühlkanal ist ein geschlossener Druckraum bildbar, da die Wände des Kühlkanals mit dem Kühlölring eine Passung mit geringer Toleranz bilden. Due to the appropriate introduction of the cooling oil ring in the cooling channel a closed pressure chamber is formed, since the walls of the cooling channel with the cooling oil ring form a fit with low tolerance.

Der von dem Kühlölring gebildete Druckraum in dem Kühlkanal wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über zumindest ein Dichtelement, vorzugsweise mit zumindest einem Dichtringelementes und/oder mindestens einem Hartgummis, gegenüber dem Kühlkanal im Kolben an Teilen der Berührungsfläche von Kühlölring und Kühlkanal abgedichtet, um Druckverlust im Druckraum zu vermeiden. Je nach Form und Ausgestaltung der sich berührenden Flächen von Kühlölring und Kühlkanal wird beispielsweise ein Dichtringelement und/oder Hartgummi verwendet.The pressure chamber formed by the cooling oil ring in the cooling channel is sealed in a further embodiment of the invention via at least one sealing element, preferably with at least one sealing ring element and / or at least one hard rubber against the cooling channel in the piston parts of the contact surface of cooling oil ring and cooling channel to pressure loss to avoid in the pressure room. Depending on the shape and configuration of the contacting surfaces of the cooling oil ring and the cooling channel, for example, a sealing ring element and / or hard rubber is used.

In dem mit Öl befüllten Druckraum wird dabei bevorzugt ein Druck von 1,5 bar bis 10 bar, vorzugsweise ein Druck von etwa 3 bar, aufgebaut. Dadurch baut sich kontinuierlich ein Druck in dem Druckraum auf und Öl wird kontinuierlich in dem Druckraum gesammelt. Dabei strömt neues Öl jeweils mit einem bestimmten Druck und Volumenstrom in den Druckraum kontinuierlich nach, so dass der für den Betrieb eingestellte Druck erhalten bleibt. Der in dem mit Öl befüllten Druckraum aufgebaute Druck wird bevorzugt über Pleuel oder Bolzen durch Pumpwirkung oder Einspritzen erzeugt. Bei Zuführung des Öls über den Bolzen ist beispielsweise möglich, dass das Öl über die Bolzenbohrung zugeführt wird. Je nach Verwendung und Größe des Kolbens kann ein anderer Druck, der außerhalb der Grenzen von 1,5 bar und 10 bar liegt, passend eingestellt werden.In the pressure chamber filled with oil while a pressure of 1.5 bar to 10 bar, preferably a pressure of about 3 bar, preferably constructed. As a result, a pressure builds up continuously in the pressure space and oil is continuously collected in the pressure space. In each case, new oil flows continuously into the pressure chamber at a certain pressure and flow rate, so that the pressure set for operation is maintained. The pressure built up in the oil-filled pressure chamber is preferably generated via connecting rods or bolts by pumping action or injection. When the oil is supplied via the bolt, it is possible, for example, for the oil to be supplied via the pin bore. Depending on the use and size of the piston, a different pressure, which is outside the limits of 1.5 bar and 10 bar, can be set appropriately.

Als eine Ausgestaltung der Erfindung wird der Kühlölring an dem Kühlkanal unter Verwendung einer reibschlüssigen Verbindung, beispielsweise einer Schraubenverbindung oder einer Pressverbindung, befestigt. Bei einer Schraubenverbindung wird dabei der Kühlölring in dem Kühlkanal positioniert und beispielsweise mit mindestens einer Schraube und mindestens einem Gewinde in dem Kolben an den Kühlkanal befestigt. Bei der Pressverbindung wird der Kühlölring in den Kühlkanal so befestigt, dass sich bevorzugt eine nichtlösbare Verbindung zwischen Trennelement und Kühlkanal bildet.As an embodiment of the invention, the cooling oil ring is attached to the cooling channel using a frictional connection, for example a screw connection or a press connection. In a screw connection while the cooling oil ring is positioned in the cooling channel and fastened for example with at least one screw and at least one thread in the piston to the cooling channel. In the press connection of the cooling oil ring is fixed in the cooling channel so that preferably forms a non-detachable connection between the separating element and the cooling channel.

Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der Kühlölring an dem Kühlkanal unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise durch Kleben und/oder durch Schweißen, befestigt ist. Bei der stoffschlüssigen Verbindung wird der in dem Kühlkanal positionierte Kühlölring an diesem vorzugsweise festgeklebt und/oder mit diesem vorzugsweise verschweißt. Dadurch ergibt sich eine nichtlösbare Verbindung zwischen Kühlölring und Kühlkanal.Alternatively or additionally, it is possible that the cooling oil ring is attached to the cooling channel to form a material connection, preferably by gluing and / or by welding. In the cohesive connection, the cooling oil ring positioned in the cooling channel is preferably glued to it and / or preferably welded thereto. This results in a non-detachable connection between the cooling oil ring and the cooling channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass der Kühlölring in dem Kühlkanal durch ein Urformverfahren, beispielsweise Gießen, erzeugt wird. Der Kolben kann dabei auch durch ein urformendes Verfahren, beispielsweise Sandguss oder Kokillenguss, als einteiliger Kolben hergestellt werden. Der Kühlkanal und der darin befindliche Kühlölring werden dann zusammen beispielsweise beim Gießen durch Sandguss mit der Technik des verlorenen Kerns direkt im Kolben hergestellt. Alternativ kann der Kühlölring beim Kokillenguss auch direkt in den Kolben unter Verwendung der Technik des verlorenen Kerns beim Gießen mit eingegossen werden. Alternativ können das Oberteil und das Unterteil separat voneinander gegossen werden, wobei beim Gießen des Oberteils oder des Unterteils der Kühlölring mit eingegossen wird.In a further embodiment, it is possible that the cooling oil ring is generated in the cooling channel by a primary molding process, such as casting. The piston can also be produced by a urformendes process, such as sand casting or chill casting, as a one-piece piston. The cooling channel and the cooling oil ring located therein are then made together, for example, in casting by sand casting using the lost core technique directly in the piston. Alternatively, the chilled oil ring may also be cast directly into the flask using the lost core technique in casting during chill casting. Alternatively, the upper part and the lower part can be cast separately from each other, wherein during the casting of the upper part or the lower part of the cooling oil ring is poured with.

Alternativ ist es auch möglich, dass der Kolben oder das Ober- und das Unterteil durch ein Umformverfahrens, wie beispielsweise Schmieden oder Pressen, oder durch ein spanendes Verfahren, beispielsweise Drehen oder Fräsen, hergestellt werden. Alternativ kann das Oberteil und das Unterteil jeweils auch mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.Alternatively, it is also possible that the piston or the upper and the lower part by a forming process, such as forging or pressing, or by a machining process, such as turning or milling, are produced. Alternatively, the upper part and the lower part can each also be produced with different production methods.

Der einteilige Kolben ist beispielsweise aus einem Metall oder Leichtmetall, aus Eisen, aus Stahl, aus einer Stahllegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Bei einem zweiteiligen Kolben, der ein Oberteil und Unterteil aufweist, werden gleiche oder unterschiedlichen Materialen für das Oberteil und Unterteil verwendet. Als Material für das Oberteil und das Unterteil wird beispielsweise Metall oder Leichtmetall, insbesondere Eisen, Stahl, eine Stahllegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, verwendet.The one-piece piston is made of, for example, a metal or light metal, iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. In a two-piece piston having a top and bottom, same or different materials are used for the top and bottom. As the material for the upper part and the lower part, for example, metal or light metal, in particular iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy is used.

Im Folgenden wird nur die Ausgestaltung einer einzigen Öffnung in dem Kühlölring beispielspielhaft beschrieben. Das unter Druck stehende und zur Kühlung des Kolbens verwendete Öl in dem Druckraum wird durch zumindest eine Öffnung in dem Kühlölring in Richtung der Unterseite des Kolbens kontinuierlich gespritzt. Das Öl wird bevorzugt gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens kontinuierlich gespritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüber liegend, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. Dadurch wird genau der Bereich des Kolbens gekühlt, der nicht durch mindestens einen Brennstrahl gekühlt wird. Bekannt ist aus Temperaturmessungen, dass in den Bereichen, an denen der Brennstrahl im Kolben nicht auftrifft und nicht durch Kraftstoff des Brennstrahls gekühlt wird, eine Temperatur von 100°C und mehr auftritt. In dem Bereich, in dem der Brennstrahl im Kolben auftrifft, ist die Temperatur geringer, als in dem Bereich, in dem der Brennstrahl nicht auftritt. Unter einem Brennstrahl ist ein in den Brennraum eingeleiteter Kraftstoffstrahl zu verstehen, der auf der Oberfläche des Kolbenbodens auftrifft und im Brennraum verbrannt wird.In the following, only the design of a single opening in the cooling oil ring will be described exemplary play. The pressurized oil used to cool the piston in the pressure space is continuously injected through at least one opening in the cooling oil ring toward the bottom of the piston. The oil is preferably continuously sprayed onto the region of the underside of the piston crown which lies opposite the region of the piston crown which is not directly exposed to the combustion jet. As a result, exactly the area of the piston is cooled, which is not cooled by at least one combustion jet. It is known from temperature measurements that in the areas where the combustion jet does not impinge in the flask and is not cooled by fuel of the combustion jet, a temperature of 100 ° C and more occurs. In the area where the burning jet impinges in the bulb, the temperature is lower than in the area where the burning jet does not occur. Under a combustion jet is introduced into the combustion chamber fuel jet to understand, which impinges on the surface of the piston crown and is burned in the combustion chamber.

Es ist möglich, dass die Öffnung in dem Kühlölringt selbst ausgebildet ist oder durch zwei oder mehr Einzelteile, die zusammen zu einem Kühlölring zusammensetzbar sind, gebildet wird. Der Kühlölring ist je nach Ausgestaltung des Kühlkanals auch nach Art eines Verteilrings ausgebildet, wobei das Öl durch die Öffnung des Kühlölrings jeweils passend auf die Unterseite des Kolbenbodens, bezogen auf den kreis-, ring- und/oder ellipsenförmigen Umlauf des Kühlkanals, gespritzt wird. Der Kühlkanal kann auch bei einem kreis-, ring- und/oder ellipsenförmigen Umlauf im Verlauf unterbrochen sein, so dass sich nur beim gedanklichen Verbinden der unterbrochenen Bereiche eine vollständige Kreis-, Ring- und/oder Ellipsenform ergibt.It is possible that the opening in the cooling oil ring itself is formed or formed by two or more individual parts which are composable together to form a cooling oil ring. Depending on the design of the cooling channel, the cooling oil ring is also designed in the manner of a distribution ring, the oil being injected through the opening of the cooling oil ring in each case fittingly onto the underside of the piston head, based on the circular, annular and / or elliptical circulation of the cooling channel. The cooling channel may also be interrupted in the course of a circular, annular and / or elliptical circulation, so that a complete circle, ring and / or elliptical shape results only when the interrupted areas are connected by thought.

Die Öffnung in dem Kühlölring ist beispielsweise als eine normale Bohrung ausgeführt. Dabei ist die Öffnung in dem Kühlölring fertigungstechnisch bezogen auf die Oberfläche und Form nicht besonders bearbeitet. Alternativ kann die Öffnung auch als Venturi-Düse oder nach Art eines anderen Düsentyps ausgebildet sein. Dabei kann alternativ auch die Öffnung, die eine normale Bohrung ist, nach Art einer Düse ausgebohrt sein, so dass sich eine Bohrung nach Art einer Düse ergibt. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnung schon während des Gießens des Kühlölrings selbst in den Kühlölring eingebracht wird. Die Öffnung ist als eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise rohrförmig, schlitzförmig und/oder düsenförmig ausgebildet. Bei einer Ausgestaltung der Öffnung als ein breiter Schlitz ergibt sich eine schlitzförmige Öffnung, aus der ein breiter flächiger Strahl austreten kann.The opening in the cooling oil ring is designed, for example, as a normal bore. In this case, the opening in the cooling oil ring is not specially machined with respect to the surface and shape. Alternatively, the opening may also be formed as a Venturi nozzle or in the manner of another type of nozzle. In this case, alternatively, the opening, which is a normal bore, be drilled out in the manner of a nozzle, so that a bore results in the manner of a nozzle. Alternatively, it is possible that the opening is introduced even during the casting of the cooling oil ring itself in the cooling oil ring. The opening is formed as a further embodiment of the invention, preferably tubular, slit-shaped and / or nozzle-shaped. In one embodiment of the opening as a wide slot results in a slot-shaped opening from which a broad area beam can emerge.

Die Öffnung ist gemäß der Erfindung so in Richtung dem Bereich der Unterseite des Kolbenbodens ausgerichtet, dass das Öl kontinuierlich gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens spritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem mindestens einen Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. Alternativ oder ergänzend kann die Öffnung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch in Richtung einem Bereich des Unterseite des Kolbenbodens ausgerichtet sein, so dass das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenboden kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem mindestens einen Brennstrahl direkt ausgesetzt ist. Dadurch ist es möglich, dass Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens, die gegenüberliegend Brennstrahlen ausgesetzt sind, und Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens, die gegenüberliegend nicht direkt Brennstrahlen ausgesetzt sind, bei Verwendung von mindestens zwei Öffnungen mit Hilfe der jeweiligen Öffnung, beispielsweise mit Zuordnung, angespritzt werden, so dass sowohl der Bereich von der einen Öffnung angespritzt wird, der einem Brennstrahl ausgesetzt ist, als auch der Bereich von der anderen Öffnung angespritzt wird, der keinem Brennstrahl ausgesetzt ist, angespritzt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass Öl durch eine einzige Öffnung auf einen Bereich der Unterseite des Kolbens gespritzt wird, der auf der gegenüberliegenden Seite jeweils in Teilbereichen einem Brennstrahl ausgesetzt ist und in Teilbereichen jeweils keinem Brennstrahl ausgesetzt ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist möglich, dass die Form und Ausgestaltung der Öffnungen in dem Kühlölring variiert wird, so dass verschiedene Öffnungsarten in einem Kühlölring vorhanden sind.The opening is aligned according to the invention in the direction of the region of the underside of the piston crown, that the oil continuously injected selectively on the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the at least one combustion jet. Alternatively or additionally, the opening may be aligned in a further advantageous embodiment in the direction of a region of the underside of the piston crown, so that the oil is sprayed specifically targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, the at least one Burning jet is exposed directly. This makes it possible that areas of the underside of the piston head, which are exposed to opposite jets, and areas of the underside of the piston head, which are not directly exposed to direct burning jets, sprayed using at least two openings by means of the respective opening, for example with assignment be sprayed so that both the area is sprayed by the one opening, which is exposed to a combustion jet, as well as the area is sprayed from the other opening, which is not exposed to a burning jet. Alternatively, it is also possible that oil is injected through a single opening on a region of the underside of the piston, which is exposed on the opposite side in each case in some areas of a combustion jet and is exposed in some areas each no jet. In a further embodiment, it is possible that the shape and configuration of the openings in the cooling oil ring is varied, so that different types of opening are present in a cooling oil ring.

Das Öl wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus dem Druckraum durch eine Hub-Bewegung des Kolbens durch die Öffnung des Kühlölrings zusätzlich in Richtung der Unterseite des Kolbens entnommen und beschleunigt. Durch die Massenträgheit des Öls in dem Druckraum wird durch die Hub-Bewegung des Kolbens der Druck in dem Druckraum vergrößert, vor allem dann, wenn der Kolben sich aus dem Brennraum wieder heraus bewegt und der Brennraum sich dabei vergrößert.The oil is additionally removed and accelerated in a further embodiment of the invention from the pressure chamber by a stroke movement of the piston through the opening of the cooling oil ring in the direction of the underside of the piston. Due to the inertia of the oil in the pressure chamber, the pressure in the pressure chamber is increased by the stroke movement of the piston, especially when the piston moves out of the combustion chamber and the combustion chamber increases.

Um eine optimale Kühlung des Kolbens während des Betriebs des Kolbens zu erreichen, muss die Anzahl der Öffnungen in dem Trennelement aufeinander abgestimmt sein. Auch muss der Durchmesser der jeweiligen Öffnung für eine optimale Kühlung angepasst sein. Die Abmessungen der Öffnung in dem Kühlölring wird dabei jeweils den Abmessungen des Kühlölrings und der notwendigen Kühlleistung für den jeweiligen Kolben angepasst. Beispielsweise wird in einer weiteren Ausgestaltung eine Anzahl von Öffnungen von 1 bis 180 für einen komplett umlaufenden Kühlkanal verwendet. Die Anzahl der Öffnungen für einen unterbrochenen Kühlkanal ergibt sich jeweils mit Hilfe des Faktors, der sich aus dem Verhältnis von Länge unterbrochener Kühlkanal zu Länge komplett umlaufender Kühlkanal errechnen lässt. So ist bei einem zu 50% umlaufenden Kühlkanal die bevorzugte Anzahl der Öffnungen 1 bis 90, da das sich ergebende Verhältnis 0,5 ist. Alternativ oder ergänzend kann das Verhältnis von Anzahl der Öffnungen zu Durchmesser der Öffnung zwischen 1:10 1/mm (eins zu zehn pro Millimeter) und 360:1 1/mm (360 zu eins pro Millimeter) liegen.In order to achieve optimum cooling of the piston during operation of the piston, the number of openings in the separator must be coordinated. Also, the diameter of the respective opening must be adapted for optimum cooling. The dimensions of the opening in the cooling oil ring is in each case adapted to the dimensions of the cooling oil ring and the necessary cooling capacity for the respective piston. For example, in a further embodiment, a number of openings from 1 to 180 are used for a complete circumferential cooling channel. The number of openings for an interrupted cooling channel results in each case with the help of the factor, which can be calculated from the ratio of the length of the interrupted cooling channel to the length of the complete circumferential cooling channel. Thus, with a 50% circumferential cooling channel, the preferred number of openings is 1 to 90 because the resulting ratio is 0.5. Alternatively or additionally, the ratio of the number of openings to the diameter of the opening may be between 1:10 1 / mm (one to ten per millimeter) and 360: 1 1 / mm (360 to one per millimeter).

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben aus einem Unterteil und einem Oberteil hergestellt, aus denen mindestens eine gemeinsame Auflagefläche bei dem Zusammenbau des Kolbens bildbar ist. Dadurch ist eine einfache Positionierung und Montage des separaten Kühlölrings in dem Kolben in dem Bereich der Auflagefläche möglich.In a further embodiment of the invention, the piston is made of a lower part and an upper part, from which at least one common bearing surface can be formed in the assembly of the piston. As a result, a simple positioning and mounting of the separate cooling oil ring in the piston in the region of the support surface is possible.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der Kolben mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung. Der Kühlschlitz und/oder die Kühlbohrung können beispielsweise jeweils zwischen den unterbochenen Kühlkanälen angeordnet sein, so dass die Kühlung des Kolbens bzw. des Kolbenbodens mit Hilfe des Kühlschlitzes und/oder der Kühlbohrung verstärkt wird.In a further embodiment of the invention, the piston contains at least one Cooling slot and / or at least one cooling hole. The cooling slot and / or the cooling hole may for example be arranged in each case between the interrupted cooling channels, so that the cooling of the piston or the piston crown is reinforced by means of the cooling slot and / or the cooling hole.

Die grundlegende Idee wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt:The basic idea is explained below with reference to the figures. Further details of the invention are described in the figures with reference to schematically illustrated embodiments. Hereby shows:

1 eine schematische Darstellung des Standes der Technik gemäß 1 der DE 10 2010 032 173 A1 , 1 a schematic representation of the prior art according to 1 of the DE 10 2010 032 173 A1 .

2 eine Schnittansicht durch einen Kolbenbereich mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Kühlölrings, 2 a sectional view through a piston area with a first embodiment of a cooling oil ring,

3 eine Perspektivansicht eines Unterteils mit einem Kühlölring gemäß 2, 3 a perspective view of a lower part with a cooling oil ring according to 2 .

4 eine Schnittansicht eines Kolbens mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kühlölrings, 4 a sectional view of a piston with a further embodiment of a cooling oil ring,

5 eine Perspektivansicht des Kühlölrings gemäß 4, 5 a perspective view of the cooling oil ring according to 4 .

6 eine weitere Perspektivansicht des Kühlölrings gemäß 4, 6 a further perspective view of the cooling oil ring according to 4 .

7 einen Ausschnitt einer Perspektivansicht eines Kühlölrings gemäß 4, 7 a section of a perspective view of a cooling oil ring according to 4 .

8 eine Perspektivansicht eines weiteren Kühlölrings, 8th a perspective view of another cooling oil ring,

9 eine Ansicht des Kühlölrings gemäß IX-IX in 8 und 9 a view of the cooling oil ring according to IX-IX in 8th and

10 eine Schnittansicht eines Kolbenbereiches mit einem Kühlölring gemäß 8. 10 a sectional view of a piston area with a cooling oil ring according to 8th ,

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, oberhalb, unterhalb, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Vorrichtung und anderer Elemente. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt durch verschiedene Positionen und/oder spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as above, below, above, below, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the example representation and position of the device and other elements selected in the respective figures. These terms are not intended to be limiting, that is to say that different positions and / or mirror-symmetrical design or the like may change these references.

In den 1, 2, 3, 4, und 10 ist ein Ausschnitt aus einem Kolben 1 bzw. ein Kolben 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die wesentlichen Merkmale des Kolbens 1 sind nahezu gleich und werden daher im Folgenden zuerst allgemein beschrieben. Anschließend werden die Figuren jeweils im Detail dargestellt. Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern benannt und neue Bezugsziffern werden in den Figuren für unterschiedliche Bauteile verwendet.In the 1 . 2 . 3 . 4 , and 10 is a section of a piston 1 or a piston 1 represented for an internal combustion engine. The essential features of the piston 1 are almost equal and will therefore be described generally in the following. Subsequently, the figures are each shown in detail. Identical components are designated by the same reference numerals in the figures, and new reference numerals are used in the figures for different components.

Der Kolben 1 für eine Brennkraftmaschine ist in den Figuren aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3 hergestellt.The piston 1 for an internal combustion engine is in the figures of a lower part 2 and a top 3 produced.

Das Unterteil 2 ist gegenüber dem Oberteil 3 separat hergestellt. Zwischen Unterteil 2 und Oberteil 3 ist mindestens eine gemeinsame Auflagefläche bildbar. In den Beispielen werden jeweils zwei Auflageflächen 4, 5 gebildet.The lower part 2 is opposite the top 3 made separately. Between lower part 2 and top 3 At least one common bearing surface can be formed. In the examples, two contact surfaces each 4 . 5 educated.

Das Unterteil 2 und das Oberteil 3 sind unter Verwendung einer reibschlüssigen Verbindung, im Beispiel unter Verwendung einer einzigen Schraubenverbindung, miteinander verbunden (nicht dargestellt). Zum Positionieren des Unterteils 2 und des Oberteils 3 wird ein Stift verwendet, der die beiden Auflageflächen 4, 5 passend zueinander positioniert.The lower part 2 and the top 3 are interconnected using a frictional connection, in the example using a single screw connection (not shown). For positioning the lower part 2 and the shell 3 a pin is used, which is the two bearing surfaces 4 . 5 positioned to match each other.

Alternativ oder ergänzend können das Oberteil und das Unterteil auch unter Zuhilfenahme einer weiteren reibschlüssigen Verbindung, beispielsweise einer Pressverbindung, miteinander verbunden werden.Alternatively or additionally, the upper part and the lower part can also be connected to one another with the aid of a further frictional connection, for example a press connection.

Alternativ oder ergänzend können das Oberteil und das Unterteil auch unter Verwendung einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise Kleben und/oder Schweißen, miteinander verbunden werden.Alternatively or additionally, the upper part and the lower part can also be connected to one another using a material connection, for example gluing and / or welding.

Der Kolben 1 enthält mindestens eine Brennraummulde 6, in den Figuren jeweils eine einzige Brennraummulde 6, mindestens eine Ringnut 7, in den Figuren jeweils drei um den gesamten Kolben 1 umlaufende Ringnuten 7, einen einzigen Kolbenboden 17, mindestens einen Kühlkanal 9, in den 2, 3, 4, und 10 jeweils zwei im Kolben 1 geteilte Kühlbereiche, gebildet aus einem äußeren ringförmig umlaufenden Kühlraum 23 und einem inneren Kühlraum 24. Weiterhin ist mindestens eine Auslassöffnung 10 zur Abfuhr des Öls aus dem jeweiligen Kühlkanal 9, in den Beispielen mehrere Auslassöffnungen 10 für den jeweiligen Kühlkanal 9 ausgebildet. Des weiteren weist der Kolben 1 für jeden unterbrochenen Kühlkanal 9 in den 1, 2, und 10 einen einzigen in dem jeweiligen Kühlkanal 9 umlaufenden Dichtring 8 in einer Nut auf. Der jeweilige Dichtring 8 hat im Kolben 1 primär die Aufgabe, den jeweiligen Kühlkanal 9 gegenüber den Bereich der Zylinderbuchse abzudichten. Der Kühlkanal 9 weist eine Gesamthöhe H₂ auf. Diese Gesamthöhe H₂ wird zwischen dem tiefsten Punkt des Kühlkanals 9 und dem höchsten Punkt des Kühlkanals 9 ermittelt. Mindestens ein Brennstrahl trifft auf die Oberseite des Kolbenbodens 17 auf. In den Beispielen treffen mehrere Brennstrahlen auf die Oberseite des Kolbenbodens 17 auf (nicht in den 1, 2, 3, 4, und 10 dargestellt).The piston 1 contains at least one combustion bowl 6 , in each case a single combustion bowl 6 , at least one annular groove 7 , in the figures, three in each case around the entire piston 1 circumferential annular grooves 7 , a single piston head 17 , at least one cooling channel 9 , in the 2 . 3 . 4 , and 10 two each in the piston 1 divided cooling areas, formed from an outer annular circulating cooling space 23 and an inner fridge 24 , Furthermore, at least one outlet opening 10 for removing the oil from the respective cooling channel 9 , in the examples, several outlet openings 10 for the respective cooling channel 9 educated. Furthermore, the piston points 1 for each interrupted cooling channel 9 in the 1 . 2 , and 10 a single in the respective cooling channel 9 circumferential sealing ring 8th in a groove. The respective sealing ring 8th has in the butt 1 primarily the task, the respective cooling channel 9 To seal against the area of the cylinder liner. The cooling channel 9 has an overall height H ₂ . This total height H ₂ is between the lowest point of the cooling channel 9 and the highest point of the cooling channel 9 determined. At least one burning jet hits the top of the piston crown 17 on. In the examples, several firing jets hit the top of the piston crown 17 on (not in the 1 . 2 . 3 . 4 , and 10 shown).

Im Folgenden wird einer der Kühlkanäle 9 im Kolben 1 gemäß 1 im Detail beschriebenen. Der andere unterbrochene Kühlkanal 9 ist identisch aufgebaut. Die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 sind dabei jeweils so im Kolben 1 angeordnet, dass diese in einer Ebene und mit gleicher Entfernung zur Kolbenmittelachse (in Hubrichtung gesehen) im Kolben 1 mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, so dass sich in den jeweiligen Ausführungsbeispielen eine symmetrische Anordnung ergibt. Die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 bilden dabei jeweils aufgrund ihrer Abmessungen einen Winkel von ca. 150°. Der Kolben 1, der die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 aufweist, kann zusätzlich mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung an den Stellen enthalten, an denen der Abstand zwischen den beiden unterbrochenen Kühlkanälen 9 existiert. Im Beispiel sind jeweils zwei Kühlschlitze an diesen Stellen zur weiteren Unterstützung der Kühlung mit eingebracht.The following is one of the cooling channels 9 in the piston 1 according to 1 described in detail. The other interrupted cooling channel 9 is identical. The two interrupted cooling channels 9 are each so in the piston 1 arranged that these in a plane and at the same distance to the piston central axis (in the stroke direction) seen in the piston 1 are arranged at the same distance from each other, so that there is a symmetrical arrangement in the respective embodiments. The two interrupted cooling channels 9 each form an angle of approximately 150 ° due to their dimensions. The piston 1 that the two interrupted cooling channels 9 may additionally include at least one cooling slot and / or at least one cooling hole at the locations where the distance between the two interrupted cooling channels 9 exist. In the example, in each case two cooling slots are introduced at these points to further support the cooling.

Der im Folgenden beschriebene eine der beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 im Kolben 1 wird im jeweiligen Ausführungsbeispiel durch ein Trennelement 11 in zwei Bereiche unterteilt. Der eine sich bildende Bereich des Kühlkanals 9 ist ein sich bildender Druckraum 12, der sich zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals 9 und einem Teil der Wand des Trennelementes 11 bildet. Der andere, zweite Bereich in dem Kühlkanal 9 ist ein vom Volumen gegenüber dem ursprünglichen Kühlkanal 9 reduzierter Kühlkanal 9a.The one of the two interrupted cooling channels described below 9 in the piston 1 is in the respective embodiment by a separating element 11 divided into two areas. The one forming region of the cooling channel 9 is a forming pressure chamber 12 that extends between a part of the wall of the cooling channel 9 and a part of the wall of the separating element 11 forms. The other, second area in the cooling channel 9 is one of volume compared to the original cooling channel 9 reduced cooling channel 9a ,

In der 1 enthält der unterbrochene Kühlkanal 9 nur ein einziges Trennelement 11, das aus nur einem Einzelteil besteht. Das Trennelement 11 läuft einmal in dem Bereich des gesamten unterbrochenen Kühlkanals 9 herum. Das Trennelement 11 enthält in der Ausführung nach 1 mindestens eine Öffnung 16.In the 1 contains the interrupted cooling channel 9 only a single separating element 11 which consists of only one item. The separating element 11 once runs in the area of the entire interrupted cooling channel 9 around. The separating element 11 contains in the execution after 1 at least one opening 16 ,

Alternativ kann das Trennelement aus mehreren Einzelteilen zu einem gesamten Trennelement zusammen gesetzt sein, wobei das Trennelement dann zusammengesetzt in dem Bereich des unterbrochenen Kühlkanals komplett umläuft. Mindestens eine Öffnung kann dabei auch durch mindestens zwei Trennelemente gebildet werden, so dass sich mindestens eine einzige Öffnung beim Zusammenbau der mindestens zwei Trennelemente bildet.Alternatively, the separating element may be composed of a plurality of individual parts to form an entire separating element, wherein the separating element then completely circulates in the region of the interrupted cooling channel. At least one opening can also be formed by at least two separating elements, so that at least one single opening is formed during the assembly of the at least two separating elements.

In der 1 ist das Trennelement 11 beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt.In the 1 is the separator 11 For example, made of an aluminum alloy.

Das Trennelement 11 ist im Beispiel nach 1 in den unterbrochenen Kühlkanal 9 unter Verwendung einer reibschlüssigen Verbindung, im Beispiel durch eine Schraubenverbindung, befestigt.The separating element 11 is in the example after 1 in the broken cooling channel 9 using a frictional connection, in the example by a screw connection attached.

Für die Schraubenverbindung wird in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 des Kolbens 1 in der 1 ein Stehbolzen 13 verwendet, der im Unterteil 2 des Kolbens 1 unter Verwendung eines Gewindes festgeschraubt wird. Zur Befestigung des Trennelementes 11 in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 des Kolbens 1 werden bevorzugt drei Stehbolzen 13 verwendet. Alternativ kann statt des Stehbolzens 13 ein beliebig anderer Schraubentyp, wie z. B. eine Zylinderschraube, verwendet werden, um das Trennelement 11 an dem Kolben 1 zu befestigen. Des Weiteren enthält das Unterteil 2 an den Stellen, an denen der jeweilige Stehbolzen 13 vorgesehen ist, passende Gewindebohrungen.For the screw connection is in the interrupted cooling channel 9 of the piston 1 in the 1 a stud 13 used in the lower part 2 of the piston 1 bolted using a thread. For fastening the separating element 11 in the interrupted cooling channel 9 of the piston 1 are preferred three studs 13 used. Alternatively, instead of the stud 13 any other type of screw, such. As a cylinder screw, used to the separator 11 on the piston 1 to fix. Furthermore, the lower part contains 2 in the places where the respective stay bolt 13 is provided, matching threaded holes.

Das Trennelement 11 enthält des Weiteren an den Stellen, an denen der jeweilige Stehbolzen 13 unterhalb des Trennelementes 11 positioniert ist, passend eingelassene Befestigungsöffnungen 14.The separating element 11 also contains at the points where the respective stud 13 below the separating element 11 is positioned, fitting recessed mounting holes 14 ,

Nachfolgend wird einer der verwendeten Stehbolzen 13 beschrieben, der in 1 dargestellt ist.Below is one of the studs used 13 described in 1 is shown.

Das Trennelement 11 wird an der Oberseite des Stehbolzens 13, der mit seiner Unterseite in das Unterteil 2 unter Nutzung eines Gewindes festgeschraubt ist, unter Zuhilfenahme einer Mutter an diesem befestigt, in dem der Stehbolzen 13 in der Befestigungsöffnung 14 des Trennelementes 11 positioniert wird.The separating element 11 is at the top of the stud bolt 13 , with its bottom in the lower part 2 bolted using a thread, with the help of a nut attached to this, in which the stud bolt 13 in the mounting hole 14 of the separating element 11 is positioned.

Das Trennelement 11 liegt nach 1 dabei in einem Bereich auf einer Fläche des Unterteils 2 auf, so dass sich ein Druckraum 12 bildet. Ein anderer Bereich des Trennelementes 11 wird mit der Wand des Kühlkanals 9 unter Verwendung zumindest eines Dichtelements, vorzugsweise unter Verwendung zumindest eines Dichtringelements 15 und/oder mindestens eines Hartgummis gegenüber dem reduzierten Kühlkanals 9a im Kolben 1 abgedichtet. Im Beispiel nach 1 wird für das Trennelement 11 jeweils ein einziges Dichtringelement 15 verwendet, dass den Druckraum 12 zwischen Trennelement 11 und der Wand des Kühlkanals 9 abdichtet. Das Dichtringelement 15 ist dabei gemäß 1 in eine Nut in dem Trennelement 11 eingelassen.The separating element 11 lies behind 1 doing so in an area on a surface of the lower part 2 on, leaving a pressure room 12 forms. Another area of the separating element 11 is with the wall of the cooling channel 9 using at least one sealing element, preferably using at least one sealing ring element 15 and / or at least one hard rubber opposite the reduced cooling channel 9a in the piston 1 sealed. In the example below 1 becomes for the separating element 11 in each case a single sealing ring element 15 used that pressure chamber 12 between separating element 11 and the wall of the cooling channel 9 seals. The sealing ring element 15 is in accordance with 1 in a groove in the separator 11 admitted.

Alternativ kann das Trennelement 11 gegenüber der Wand des Kühlkanals 9 unter Verwendung eines Hartgummis abgedichtet werden, dass beispielsweise zwischen dem Trennelement 11 und der Kühlkanalwand im Unterteil 2 positioniert ist.Alternatively, the separating element 11 opposite the wall of the cooling channel 9 be sealed using a hard rubber that for example, between the separator 11 and the cooling channel wall in the lower part 2 is positioned.

Die Oberfläche des Druckraums 12 im Kolben 1 wird unter Verwendung eines Fertigungsverfahrens, vorzugweise unter Verwendung eines spanenden Fertigungsverfahrens wie z. B. Fräsen und/oder Schleifen, zur Erzeugung einer guten Oberflächenqualität vor dem Einsetzen des Trennelementes 11 bearbeitet, um ein gutes Abdichten des im Beispiel verwendeten Dichtringelements 15 und ein gutes Anliegen des Trennelementes 11 auf dem Unterteil 2 in dem Kühlkanal 9 zu ermöglichen. Beispielsweise wird der Druckraum 12 zuerst gefräst und anschließend geschliffen, so dass sich eine glatte, qualitativ hochwertige Oberfläche ergibt.The surface of the pressure chamber 12 in the piston 1 is using a manufacturing process, preferably using a machining production method such. As milling and / or grinding, to produce a good surface quality before the onset of the separating element 11 machined to a good sealing of the sealing ring element used in the example 15 and a good concern of the separating element 11 on the lower part 2 in the cooling channel 9 to enable. For example, the pressure chamber 12 First milled and then ground, resulting in a smooth, high-quality surface.

Bei bestimmten Ausgestaltungen des Kolbens 1, wie z. B. bei gegossenen Kolben, kann auch auf diesen Verfahrensschritt verzichtet werden.In certain embodiments of the piston 1 , such as B. in cast pistons, can also be dispensed with this process step.

Alternativ oder ergänzend kann das Trennelement 11 auch in dem Kühlkanal 9 unter Verwendung einer weiteren reibschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Pressverbindung, befestigt werden. Dazu bilden die Trennelemente 11 und die Wand des Kühlkanals 9 eine reibschlüssige Verbindung, in dem das Trennelement 11 zum Beispiel keilförmig in das Unterteil eingesetzt bzw. eingepresst wird.Alternatively or additionally, the separating element 11 also in the cooling channel 9 be secured using another frictional connection, preferably a press connection. To form the separating elements 11 and the wall of the cooling channel 9 a frictional connection in which the separating element 11 For example, wedge-shaped used or pressed into the lower part.

Alternativ oder ergänzend kann das Trennelement 11 auch in dem Kühlkanal 9 unter Verwendung einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise durch Kleben und/oder Schweißen, befestigt werden. Dazu wird das Trennelement 11 mit der Wand des Kühlkanals 9 verklebt und/oder verschweißt.Alternatively or additionally, the separating element 11 also in the cooling channel 9 be secured using a material connection, preferably by gluing and / or welding. This is the separator 11 with the wall of the cooling channel 9 glued and / or welded.

Dem Druckraum 12 wird im Ausführungsbeispiel Öl unter Zuhilfenahme mehrerer Öleintrittsöffnungen 21 zugeführt, die sich im Unterteil 3 des Kolbens 1 befinden (nicht in 1 dargestellt, jedoch in der 2).The pressure room 12 is in the exemplary embodiment oil with the aid of several oil inlet openings 21 fed, located in the lower part 3 of the piston 1 are located (not in 1 shown, however, in the 2 ).

Das Trennelement 11 gemäß 1 hat mehrere Öffnungen 16, die rohrförmig ausgebildet sind. Das Trennelement 11 weist dabei gemäß 1 mehrere rohrförmige Aufsätze auf, die jeweils mit Abstand voneinander angeordnet sind. In diese Aufsätze ist beispielsweise durch Bohren jeweils eine rohrförmige Öffnung 16 gemäß 1 eingebracht. Die jeweilige Öffnung 16 in Form einer Bohrung ist dabei jeweils nicht besonders bearbeitet. Durch die Form der Öffnung 16 ist es möglich, dass das Öl gezielt auf die Unterseite des Kolbenbodens 18 spritzbar ist.The separating element 11 according to 1 has several openings 16 , which are tubular. The separating element 11 indicates according to 1 a plurality of tubular essays, which are each arranged at a distance from each other. In these essays, for example, by drilling each have a tubular opening 16 according to 1 brought in. The respective opening 16 in the form of a hole is in each case not specially processed. By the shape of the opening 16 It is possible that the oil targeted to the bottom of the piston crown 18 is sprayable.

Durch die Abmessungen der Aufsätze gemäß 1 wird das aus dem Druckraum 12 austretende Öl nicht in das sich im reduzierten Kühlkanal 9a sammelnde Öl gespritzt, da der jeweilige Aufsatz aus dem sich sammelnden Öl in dem reduzierten Kühlkanal 9a herausragt.Due to the dimensions of the essays according to 1 will that be from the pressure room 12 escaping oil not in the reduced cooling channel 9a spraying accumulating oil, since the respective attachment of the collecting oil in the reduced cooling channel 9a protrudes.

Alternativ können einzelne Öffnungen 16 auch düsenförmig, z. B. nach Art einer Venturi-Düse, ausgebildet sein. Dadurch wird der Druck des aus dem Druckraum austreten Öls gegenüber dem Druck bei einer normalen Bohrung weiter erhöht bzw. optimiert.Alternatively, individual openings 16 also nozzle-shaped, z. B. in the manner of a Venturi nozzle, be formed. As a result, the pressure of the oil emerging from the pressure chamber is further increased or optimized in relation to the pressure in the case of a normal bore.

Zwischen der Öffnung (16) des Trennelements (11) und der Unterseite des Kolbenbodens (18) ist ein ersten Abstandsmaß (X₁) ausgebildet.Between the opening ( 16 ) of the separating element ( 11 ) and the underside of the piston crown ( 18 ), a first distance dimension (X ₁ ) is formed.

Die 1 bis 3 zeigen den prinzipiellen Aufbau eines Trennelementes 11, wie es aus der DE 10 2010 032 173 A1 bekannt ist, wobei die 1 der 1 aus der DE 10 2010 032 173 A1 entspricht und die 2 und 3 einen modifizierten Aufbau eines Trennelements, ausgeführt als Kühlölring 20 zeigen. Ein Trennelement 11 wie es aus der DE 10 2010 032 173 A1 bekannt ist wurde zuvor beschrieben.The 1 to 3 show the basic structure of a separating element 11 as it is from the DE 10 2010 032 173 A1 is known, wherein the 1 of the 1 from the DE 10 2010 032 173 A1 corresponds and the 2 and 3 a modified structure of a separating element, designed as a cooling oil ring 20 demonstrate. A separator 11 as it is from the DE 10 2010 032 173 A1 has been previously described.

Nachfolgend wird der Kühlölring 20 gemäß den 2 und 3 beschrieben. Unter dem Befestigungsbereich des Kühlölrings 20, wo er zum Beispiel mit Schrauben am Unterteil 2 des Kolbens 1 befestigt wird, befindet sich ein Druckraum 12, dem ein Ölzulauf 21 zugeordnet ist. Über diesen Ölzulauf 21 wird das Kühlöl in den Druckraum 12 gefördert und verlässt den Kühlölring 20 über seine internen Bohrungen als freier Ölstrahl 19. Wie in 2 erkennbar, wird durch den Kühlölring 20 der Kühlkanal 9 in zwei gleich große oder unterschiedlich voneinander große Kühlkammern aufgeteilt eine äußere Kühlkammer 23 und eine innere Kühlkammer 24. Der Abstand mit dem Abstandsmaß X₂, der durch das obere Ende des Kühlölrings 20 und in etwa den Scheitelpunkt des Kühlkanales 9 definiert ist, wird möglichst klein gehalten. Es kann sogar daran gedacht werden, dass die eine, insbesondere die innenliegende Kante des Kühlölrings 20, bis an die obere Wandung des Kühlkanales 9 herangezogen wird und an dieser punktuell anliegt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass dadurch der Kühlölring 20 nach oben hin gegenüber dem Oberteil 3 des Kolbens 1 abgestützt ist, um zu verhindern, dass sich aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens 1 die Schrauben 14 lösen. Ziel ist es also, das Abstandsmaß X₂ möglichst klein auszuführen. Dabei muss gewährleistet sein, dass aus der jeweiligen Öffnung 16 des Kühlölrings 20 ausreichend Kühlöl als Ölstrahl 19 austreten kann. Der Kühlölring 20 weist eine Höhe H₁ auf. Diese Höhe H₁ wird zwischen dem niedrigsten Punkt des Kühlölrings uns seinem oberen Abschluss bestimmt. Weiterhin weist der Kühlkanal 9 eine Gesamthöhe H₂ auf, welche zwischen dem niedrigsten Punkt des Kühlkanals und seinem höchsten Punkt bestimmt wird. Der Kühlölring 20 weist mindestens eine Höhe H₁ in Erstreckungsrichtung parallel oder nahezu parallel zur Kolbenhubachse auf, welche mindestens die Hälfte der Gesamthöhe H₂ des Kühlkanals 9 ausmacht.The following is the cooling oil ring 20 according to the 2 and 3 described. Below the mounting area of the cooling oil ring 20 where he, for example, with screws on the lower part 2 of the piston 1 is attached, there is a pressure chamber 12 to which an oil feed 21 assigned. About this oil feed 21 the cooling oil is in the pressure chamber 12 promoted and leaves the cooling oil ring 20 via its internal holes as a free oil jet 19 , As in 2 recognizable, is through the cooling oil ring 20 the cooling channel 9 divided into two equal or different from each other large cooling chambers an outer cooling chamber 23 and an inner cooling chamber 24 , The distance with the distance X ₂ , through the upper end of the cooling oil ring 20 and about the vertex of the cooling channel 9 is defined, is kept as small as possible. It can even be thought that the one, in particular the inner edge of the cooling oil ring 20 , up to the upper wall of the cooling channel 9 is used and applied to this point. This has the particular advantage that thereby the cooling oil ring 20 upwards towards the top 3 of the piston 1 is supported to prevent itself due to the up and down movement of the piston 1 the screws 14 to solve. The aim is therefore to carry out the distance measure X ₂ as small as possible. It must be ensured that from the respective opening 16 of the cooling oil ring 20 sufficient cooling oil as oil jet 19 can escape. The cooling oil ring 20 has a height H ₁ . This height H ₁ is determined between the lowest point of the cooling oil ring and its upper end. Furthermore, the cooling channel 9 a total height H ₂ , which is determined between the lowest point of the cooling channel and its highest point. The cooling oil ring 20 has at least one height H ₁ in Extending direction parallel or nearly parallel to the piston stroke axis, which is at least half of the total height H _{2 of} the cooling channel 9 accounts.

3 zeigt einen dreidimensionalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung, wobei erkennbar ist, dass der Kühlölring 20 zumindest einen Transferbohrung 22, vorzugsweise mehrere Transferbohrungen 22, aufweist. Über diese Transferbohrungen 22 kann das Kühlöl, das sich in der äußeren Kühlkammer 23 sammelt, in die innere Kühlkammer 24 übertreten und von dort über die Übertrittsbohrung 10 in Richtung des Innenbereiches des Kolbens 1 ebenso abgeführt werden wie das Kühlöl, das sich in der inneren Kühlkammer 24 sammelt. 3 shows a three-dimensional section through the inventive arrangement, wherein it can be seen that the cooling oil ring 20 at least one transfer hole 22 , preferably several transfer holes 22 , having. About these transfer holes 22 can the cooling oil, which is in the outer cooling chamber 23 collects, in the inner cooling chamber 24 and from there via the crossover hole 10 towards the interior of the piston 1 be removed as well as the cooling oil, which is in the inner cooling chamber 24 collects.

In den 4 bis 10 sind weitere verschiedene Ausgestaltungen des Trennelementes, ausgeführt als Kühlölring 50, 80 gezeigt. In diesen Ausgestaltungen sind die Transferbohrungen 22 nicht als runde Bohrungen, sondern als in etwa quadratische, rechteckige oder vergleichbare Übertrittsfenster 25 ausgebildet. Ein solches Gebilde kann ohne Weiteres in einem Gießverfahren hergestellt werden. Durch die Übertrittsfenster 25 in dem Transferelement wird der Übertritt des Kühlöls von der Kühlkammer 23 in die Kühlkammer 24 deutlich verbessert, so dass eine größere Menge Kühlöl ausgetauscht werden kann, was zu einer Erhöhung der Kühlleistung führt.In the 4 to 10 are further different embodiments of the separating element, designed as a cooling oil ring 50 . 80 shown. In these embodiments, the transfer holes 22 not as round holes, but as approximately square, rectangular or comparable windows 25 educated. Such a structure can easily be produced in a casting process. Through the transition window 25 in the transfer element, the passage of the cooling oil from the cooling chamber 23 in the cooling chamber 24 significantly improved, so that a larger amount of cooling oil can be replaced, which leads to an increase in cooling capacity.

Während in 8, 9 und 10 ein Kühlölring 80 gezeigt ist, der ebenfalls wie schon im Stand der Technik mit Schrauben an dem Unterteil 2 und/oder Oberteil 3 des Kolbens 1 befestigt wird, kann der in den 2 bis 10 gezeigte Kühlölring 20, 50, 80 kraft- und/oder formschlüssig festgelegt werden, beispielsweise nur verschraubt, nur verklemmt oder auch geschraubt und verklemmt werden.While in 8th . 9 and 10 a cooling oil ring 80 also shown, as in the prior art with screws on the lower part 2 and / or shell 3 of the piston 1 can be fixed in the 2 to 10 shown cooling oil ring 20 . 50 . 80 positively and / or positively fixed, for example, only screwed, only jammed or screwed and jammed.

Wird der Kühlölring 50 gemäß den 4, 5, 6 und 7 nur oder auch geklemmt zwischen dem Unterteil 2 und dem Oberteil 3 des Kolbens 1 angeordnet, ist dadurch ein weiterer Vorteil gegeben, dass sich das Oberteil 3, insbesondere in dem Bereich um eine Brennraummulde 6 herum, auf diesem Kühlölring 50 abstützen kann.Will the cooling oil ring 50 according to the 4 . 5 . 6 and 7 only or clamped between the lower part 2 and the top 3 of the piston 1 arranged, this is another advantage given that the upper part 3 especially in the area around a combustion bowl 6 around, on this cooling oil ring 50 can support.

Dadurch erhöht sich insgesamt auch die Festigkeit des Kolbens 1. Dabei ist jedoch immer sicherzustellen, dass in dem Bereich, in dem sich die obere Kante 26 des Kühlölringes 50 an dem zugewandten Bereich 27 des Oberteiles 3 abstützt, die zumindest eine Öffnung 16 für den Ölstrahl 19 nicht verschlossen wird. Außerdem sollte die Anordnung der oberen Kante 26, wenn sie sich an dem Oberteil 3 abstützt, sowie die Öffnung 16 so gestaltet sein, dass das aus der Öffnung 16 austretende Kühlöl in etwa zu gleichen Teilen in die äußere Kühlkammer 23 und die innere Kühlkammer 24 des gesamten Kühlkanales 9 befördert wird.This also increases the overall strength of the piston 1 , However, always make sure that in the area where the top edge 26 of the cooling oil ring 50 on the facing area 27 of the upper part 3 supports, at least one opening 16 for the oil jet 19 not closed. In addition, the arrangement of the upper edge should 26 when they are at the top 3 supports, as well as the opening 16 be designed that out of the opening 16 Exiting cooling oil in approximately equal parts in the outer cooling chamber 23 and the inner cooling chamber 24 of the entire cooling channel 9 is transported.

Alternativ kann aber auch daran gedacht werden, die Öffnung 16 und eine Abstützung 28 des Kühlölringes 50 so zu gestalten, dass zum Beispiel eine kleinere Menge des austretenden Kühlöls in die innere Kühlkammer 24 und die größere Menge in die außenliegende Kühlkammer 23 (oder umgekehrt) geleitet wird. In der 4 ist die Bewegungsrichtung des Kühlöls durch mit Z gekennzeichnete Pfeile dargestellt. Der Kühlölring 50 gemäß den 4, 5, 6 und 7 weist einen integrierten Ölabfluss 29 auf. Durch diesen Ölabfluss 29 kann das Kühlöl die inneren Kühlkammer 24 in Richtung eines Pleuels verlassen. Durch eine Höhe H einer Wandung 30 des Ölabflusses 29 lässt sich das Niveau des Kühlöls in der inneren Kühlkammer 24 beeinflussen.Alternatively, it can also be thought of the opening 16 and a support 28 of the cooling oil ring 50 so that, for example, a smaller amount of the exiting cooling oil in the inner cooling chamber 24 and the larger amount in the outside cooling chamber 23 (or vice versa). In the 4 is the direction of movement of the cooling oil represented by Z marked arrows. The cooling oil ring 50 according to the 4 . 5 . 6 and 7 has an integrated oil drain 29 on. Through this oil drain 29 the cooling oil can be the inner cooling chamber 24 leave in the direction of a connecting rod. By a height H of a wall 30 of the oil drain 29 can be the level of cooling oil in the inner cooling chamber 24 influence.

Unterhalb des Kühlölrings 50 und oberhalb des Unterteils 2 ist ein Ringelement 31 angeordnet welche mindestens ein Öleintrittsöffnung 21 aufweist. Durch diese mindestens eine Öleintrittsöffnung 21 wird mindestens ein Ölkanal 32 im Kühlölring 50 mit Kühlöl gespeist, wobei dem mindestens einen Ölkanal 32 mindestens ein Druckraum 12 vorgelagert ist. In Fortsetzung des Ölabflusses 29 des Kühlölrings 50 weist das Ringelement 31 eine Öffnung auf, damit das Kühlöl aus der inneren Kühlkammer 24 ungehindert abfließen kann. Das Ringelement weist an seinem Übergang zum Kühlölring 50, nahezu den gleichen Durchmesser wie der angrenzende Kühlölring 50 oder den gleichen Durchmesser wie der angrenzende Kühlölring 50 auf. Diese Durchmesserangabe bezieht sich auf den Kontaktbereich zwischen dem Ringelement 31 und dem Kühlölring 50. Der Kühlölring 50 stützt sich auf dem Ringelement 31 ab.Below the cooling oil ring 50 and above the base 2 is a ring element 31 which arranged at least one oil inlet opening 21 having. Through this at least one oil inlet opening 21 will be at least one oil channel 32 in the cooling oil ring 50 fed with cooling oil, wherein the at least one oil passage 32 at least one pressure room 12 is upstream. In continuation of the oil drain 29 of the cooling oil ring 50 has the ring element 31 an opening on, so that the cooling oil from the inner cooling chamber 24 can flow away unhindered. The ring element has at its transition to the cooling oil ring 50 , almost the same diameter as the adjacent cooling oil ring 50 or the same diameter as the adjacent cooling oil ring 50 on. This diameter refers to the contact area between the ring element 31 and the cooling oil ring 50 , The cooling oil ring 50 rests on the ring element 31 from.

Am oberen Umfang der äußeren Kühlkammer 23 sind dem Kolbenboden 17 zugewandt, Kühltaschen 33 ausgeführt. Der aus der mindestens einen Öffnung 16 mindestens eines Ölkanals 32 austretende Strahl 19 ist bevorzugt auf die Mitte der Kühltaschen 32 ausgerichtet.At the upper circumference of the outer cooling chamber 23 are the piston bottom 17 facing, coolers 33 executed. The from the at least one opening 16 at least one oil channel 32 exiting beam 19 is preferred to the middle of the coolers 32 aligned.

In der 7 ist ein Ausschnitt des Kühlölrings 50 gezeigt, welcher optional mindestens einen Ölraum 35 der in Verbindung mit mindestens einer ebenfalls optionalen Austrittsöffnung 36 steht. Der mindestens eine Ölraum 35 wird aus dem mindestens einen Druckraum 12 mit Kühlöl gespeist. Durch den Ölraum 35 und die Austrittsöffnung 36 gelangt Kühlöl in den Bereich der äußeren Kühlkammer 23. Aus dem mindestens einen Kühlraum 12 kann zusätzlich mindestens ein Ölkanal 32 gespeist werden. Das Kühlöl verlässt dann den mindestens einen Ölkanal 32 durch die mindestens eine Öffnung 16. Am oberen Ende Richtung Austrittsöffnung 36 weist der mindestens eine Ölraum 35 eine Engstelle 37 auf. Diese Engstelle 37 dient zur Druckerhöhung im Kühlöl um eine größere Austrittsweite beim Verlassen des Ölraums 35 für das Kühlöl zu erzielen.In the 7 is a section of the cooling oil ring 50 which optionally has at least one oil space 35 in conjunction with at least one also optional outlet opening 36 stands. The at least one oil room 35 gets out of the at least one pressure chamber 12 fed with cooling oil. Through the oil room 35 and the exit opening 36 Cooling oil reaches the area of the outer cooling chamber 23 , From the at least one cold room 12 In addition, at least one oil channel 32 be fed. The cooling oil then leaves the at least one oil passage 32 through the at least one opening 16 , At the upper end towards the outlet opening 36 has the at least one oil room 35 a bottleneck 37 on. This bottleneck 37 serves to increase the pressure in the cooling oil by one larger exit distance when leaving the oil room 35 to achieve the cooling oil.

Die 8, 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführung eines Kühlölrings 80. Der Kühlölring 80 weist Übertrittsfenster 25 auf. Diese Übertrittsfenster können rechteckig ausgeführt sein, jedoch auch jede andere geometrische Gestalt annehmen. Gewährleistet sein muss lediglich der Durchtritt von Kühlöl durch die Übertrittsfenster 25. Weiterhin sind am oberen Ende des Kühlölrings 80 kreisförmig umlaufend Öffnungen 16 vorgesehen. Diese Öffnungen 16 ermöglichen den Austritt von Kühlöl in den den Kühlölring 80 umgebenden Kühlkanal 9.The 8th . 9 and 10 show a further embodiment of a cooling oil ring 80 , The cooling oil ring 80 has transfer windows 25 on. These transition windows can be rectangular, but also assume any other geometric shape. Only the passage of cooling oil through the transition windows has to be guaranteed 25 , Furthermore, at the upper end of the cooling oil ring 80 circular circumferential openings 16 intended. These openings 16 allow the escape of cooling oil in the cooling oil ring 80 surrounding cooling channel 9 ,

Der Kühlölring 80 weist eine Höhe H₁ auf. Diese Höhe H₁ wird in der Ausdehnung parallel oder nahezu parallel zur Kolbenhubachse bestimmt. Der Kühlkanal 9 wiederum weist eine Gesamthöhe H₂ auf, welche zwischen dem niedrigsten Punkt des Kühlkanals 9 und dem höchsten Punkt des Kühlkanals 9 in der Erstreckungsrichtung parallel oder nahezu parallel zur Kolbenhubachse gemessen wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die Höhe H₁ des Kühlölrings 80 mindestens die Hälfte der Gesamthöhe H₂ des Kühlkanals 9 beträgt. Hierdurch erfolgt die Trennung des Kühlkanals 9 eine äußere Kühlkammer 23 sowie eine innere Kühlkammer 24.The cooling oil ring 80 has a height H ₁ . This height H ₁ is determined in the extension parallel or nearly parallel to the piston stroke axis. The cooling channel 9 in turn has an overall height H ₂ which is between the lowest point of the cooling channel 9 and the highest point of the cooling channel 9 is measured parallel or nearly parallel to the piston stroke axis in the extension direction. It is provided that the height H _{1 of} the cooling oil ring 80 at least half of the total height H _{2 of} the cooling channel 9 is. This results in the separation of the cooling channel 9 an outer cooling chamber 23 and an internal cooling chamber 24 ,

Unterhalb des Kühlölrings 80 ist ein Druckraum 12 angeordnet. Aus diesem Druckraum 12 wird mindestens ein Ölkanal 32 im Ölkühlring 80 gespeist. Dieser mindestens eine Ölkanal weist einen ersten Durchmesser D₁ sowie einen zweiten Durchmesser D₂ auf. Der zweite Durchmesser weist einen größeren Wert als der erste Durchmesser D₁ auf. Zwischen dem Abschnitt des mindestens einen Ölkanals 32, welcher den größeren zweiten Durchmesser D₂ aufweist und dem Abschnitt des mindestens einen Ölkanals 32, welcher den kleineren Durchmesser D₁ aufweist ist eine Verjüngung 34 des Querschnittes vorgesehen. Hierdurch entsteht eine Düse welche in einer Öffnung 16 für den Austritt des Kühlöls mündet. Der Übergangsbereich zwischen dem ersten Durchmesser D₁ und dem zweiten Durchmesser D₂ ist mit einem Winkel α ausgeführt, sodass dieser Abschnitt die Gestalt eines hohlen Kegelstumpfes annimmt.Below the cooling oil ring 80 is a pressure room 12 arranged. From this pressure room 12 will be at least one oil channel 32 in the oil cooling ring 80 fed. This at least one oil passage has a first diameter D ₁ and a second diameter D ₂ . The second diameter has a larger value than the first diameter D ₁ . Between the section of the at least one oil channel 32 which has the larger second diameter D ₂ and the portion of the at least one oil passage 32 which has the smaller diameter D ₁ is a taper 34 of the cross section provided. This creates a nozzle which is in an opening 16 for the exit of the cooling oil opens. The transition region between the first diameter D ₁ and the second diameter D ₂ is designed with an angle α, so that this section takes the form of a hollow truncated cone.

Zwischen dem oberen Ende des Kühlölrings 80 und der oberen Wandung im Bereich der Unterseite des Kolbenbodens 18 des Kühlkanals 9 ist ein zweites Abstandsmaß X₂ ausgebildet. Ziel ist es dieses zweite Abstandsmaß möglichst klein zu gestalten, jedoch genügend Volumenstrom für den Kühlölaustritt aus der Öffnung 16 zuzulassen. Zwischen Unterteil 2 und Oberteil 3 ist einen Auflagefläche 4 ausgebildet. Im unteren Bereich des Kühlkanals 9 ist im Bereich des Übergangs zwischen Unterteil 2 und Oberteil 3 ein Dichtring 8 vorgesehen. Benachbart zu dem Dichtring 8 sind Ringnuten 7 zur Aufnahme hier nicht dargestellter Kolbenringe vorgesehen.Between the upper end of the cooling oil ring 80 and the upper wall in the region of the underside of the piston crown 18 of the cooling channel 9 a second distance dimension X _{2 is} formed. The aim is to make this second distance measure as small as possible, but enough volume flow for the cooling oil outlet from the opening 16 permit. Between lower part 2 and top 3 is a support surface 4 educated. In the lower part of the cooling channel 9 is in the area of the transition between lower part 2 and top 3 a sealing ring 8th intended. Adjacent to the sealing ring 8th are ring grooves 7 provided for receiving here not shown piston rings.

Das Unterteil 2 weist unterhalb des Kühlölrings 80 Befestigungsöffnungen 14 auf. Diese dienen zur Aufnahme von Stehbolzen 13, welche zur kraftschlüssigen Festlegung des Kühlölrings 80 am Unterteil 2 dienen. Im oberen dem Kühlkanal 9 abgewandten Bereich weist das Oberteil 3 einen Kolbenboden 17 sowie eine Brennraummulde 6 auf. Dieser obere Bereich des Oberteils 3 kann mit hier nicht dargestellten Brennstrahlen beaufschlagt werden.The lower part 2 points below the cooling oil ring 80 mounting holes 14 on. These serve to receive stud bolts 13 , which for frictional fixing of the cooling oil ring 80 at the bottom 2 serve. In the upper of the cooling channel 9 facing away from the upper part 3 a piston bottom 17 and a combustion bowl 6 on. This upper area of the shell 3 can be acted upon with fuel jets, not shown here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kolbenpiston
22: Unterteillower part
33: Oberteiltop
44: Auflageflächebearing surface
55: Auflageflächebearing surface
66: BrennraummuldeCombustion bowl
77: Ringnutring groove
88th: Dichtringseal
99: Kühlkanalcooling channel
9a9a: reduzierter Kühlkanalreduced cooling channel
1010: Auslassöffnungoutlet
1111: Trennelementseparating element
1212: Druckraumpressure chamber
1313: Stehbolzenstuds
1414: Befestigungsöffnungfastening opening
1515: DichtringelementSeal element
1616: Öffnungopening
1717: Kolbenbodenpiston crown
1818: Unterseite des KolbenbodensBottom of the piston crown
1919: Strahlbeam
2020: KühlölringCooling oil ring
2121: ÖleintrittsöffnungOil inlet opening
2222: Transferbohrungtransfer hole
2323: äußere Kühlkammerouter cooling chamber
2424: innere Kühlkammerinner cooling chamber
2525: ÜbertrittsfensterConversion window
2626: obere Kanteupper edge
2727: zugewandter Bereichfacing area
2828: Abstützungsupport
2929: Ölabflussoil drain
3030: Wandungwall
3131: Ringelementring element
3232: Ölkanaloil passage
3333: KühltaschenCooler Bags
3434: Verjüngungrejuvenation
3535: Ölraumoil space
3636: Austrittsöffnungoutlet opening
5050: KühlölringCooling oil ring
8080: KühlölringCooling oil ring
3737: Engstellebottleneck
X₁ X ₁: erstes Abstandsmaßfirst distance measure
X₂ X ₂: zweites Abstandsmaßsecond distance measure
D₁ D ₁: erster Durchmesserfirst diameter
D₂ D ₂: zweiter Durchmessersecond diameter
αα: Winkelangle
Z Z: Bewegungsrichtung des KühlölsDirection of movement of the cooling oil
HH: Höhe des ÖlabflussesHeight of the oil drain
H₁ H ₁: Höhe des KühlölringsHeight of cooling oil ring
H₂ H ₂: Gesamthöhe des KühlkanalsTotal height of the cooling channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010032173 A1 [0003, 0004, 0005, 0058, 0097, 0097, 0097]

Claims

Piston ( 1 ) of an internal combustion engine, formed from a lower part ( 2 ) and a top ( 3 ), comprising a piston head ( 17 ), which is exposed to at least one combustion jet, and a cooling channel ( 9 ), in which a separating element with at least one opening ( 16 ) is positioned below the at least one opening ( 16 ) at least one pressure chamber ( 12 ), which is filled with oil under pressure, wherein the opening ( 16 ) is aligned so that the oil continuously into the cooling channel ( 9 ), wherein the separating element as a cooling oil ring ( 20 . 50 . 80 ), characterized in that the cooling oil ring ( 20 . 50 . 80 ) has a height (H ₁ ) which is at least half of the total height (H ₂ ) of the cooling channel (H ₂ ) 9 ) is.

Piston ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cooling oil ring ( 20 . 50 . 80 ) at least one transfer hole ( 22 ) and / or at least one transition window ( 25 ) having.

Piston ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cooling oil ring ( 20 . 50 . 80 ) material, force and / or positive fit at the boundary of the cooling channel ( 9 ).

Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling oil ring ( 50 ) between upper part ( 3 ) and / or ring element ( 31 ) and / or lower part ( 2 ) is fixed.

Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling oil ring ( 20 . 50 . 80 ) at least one oil channel ( 32 ) which has the at least one pressure chamber ( 12 ) with the at least one opening ( 16 ), wherein the at least one oil channel ( 32 ) at least one rejuvenation ( 34 ) having.

Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the cooling channel ( 9 ) at least one cooling bag ( 33 ) opens.

Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that below the cooling oil ring ( 50 ) a ring element ( 31 ) is provided, which for feeding at least one pressure chamber ( 12 ) with oil.

Piston ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that an internal cooling chamber ( 24 ) integral in the cooling oil ring ( 50 ) is trained.

Piston ( 1 ) according to claim 8, characterized in that in the region of the inner cooling chamber ( 24 ) on the cooling oil ring ( 50 ) an oil drain ( 29 ) is trained.

Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling oil ring ( 50 ) a support ( 28 ), which with the upper part ( 3 ) enters into operative connection.